基于高离子迁移动力学的取向ZnQ分子筛保护层实现高稳定水系锌金属负极的构筑

摘要

水系锌离子电池以其安全可靠、成本低、容量大、环境友好等优点被认为是最有前途的储能体系之一。然而，锌金属负极在水系电解液中通常面临严重的副反应和枝晶生长问题。在锌负极表面构建具有高离子迁移动力学的保护层是构筑高稳定、长寿命锌负极的有效策略。本文中，我们在锌负极表面制备了ZnQ分子筛（BPH拓扑）取向保护层，实现了高离子迁移动力学的稳定锌负极（ZnQ@Zn）的构筑。具有三维有序孔道的ZnQ分子筛在锌箔表面定向排列，为锌离子提供了良好的传导通路，分子筛孔道中的水分子有助于调控锌离子的配位环境，从而提高锌离子的迁移动力学。因此，ZnQ@Zn对称电池在1mA?cm^-2的电流密度下展现出27mV的超低过电势以及超过1100h的循环寿命。此外，ZnQ@Zn//NaV₃O₈·1.5H₂O全电池在8 A?g^-1的电流密度下循环1800次后，容量保持率高达96%，展现出优异的循环性能。本研究为构筑高迁移动力学锌负极保护层提供了新思路，并拓展了分子筛材料在储能领域中的应用。

关键词

水系锌离子电池 / 锌金属负极 / 保护层 / ZnQ分子筛 / 离子迁移动力学

基金资助

国家自然科学基金(22288101,21920102005,21835002,22109050); “111计划”(B17020)资助项目