鋅粉負(fù)極在開發(fā)高鋅利用率鋅基電池方面具有巨大潛力。然而，由于嚴(yán)重的離子傳輸阻礙、寄生副反應(yīng)以及應(yīng)力導(dǎo)致的機(jī)械不穩(wěn)定性，鋅粉負(fù)極在高放電深度（DOD）下遭遇嚴(yán)重的循環(huán)不穩(wěn)定性，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。鑒于此，廣東工業(yè)大學(xué)Cheng Chao Li、Wencheng Du等提出了一種電化學(xué)-機(jī)械協(xié)同調(diào)控策略，利用支鏈富氧低聚物的粘彈協(xié)同效應(yīng)和球形彈性填料的特性，實(shí)現(xiàn)了在高達(dá)96%的放電深度下顯著提升循環(huán)性能。
本文要點(diǎn)：
（1）該低聚物的弱鋅配位效應(yīng)和擴(kuò)張的自由體積促進(jìn)了高DOD條件下Zn2+的快速傳輸，而其醚氧基團(tuán)通過氫鍵固定水分子，動(dòng)態(tài)抑制了寄生反應(yīng)。同時(shí)，球形彈性填料通過優(yōu)異的抗剪切穩(wěn)定性緩解應(yīng)力集中，確保在大體積應(yīng)變下的機(jī)械完整性和持續(xù)電接觸。
（2）這種協(xié)同的電化學(xué)-機(jī)械調(diào)控實(shí)現(xiàn)了在96% DOD下430小時(shí)的無與倫比的循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)于已報(bào)道的鋅負(fù)極。此外，與Zn0.25V2O5匹配的全電池在極低N/P比（2.51-4.89）下實(shí)現(xiàn)了200次循環(huán)95%-99.7%的容量保持率，凸顯了其在高能量、低成本儲(chǔ)能方面的潛力。這項(xiàng)工作為超高利用率條件下穩(wěn)定金屬負(fù)極提供了普適性范式。
K. Zhou, L. Zhou, C. Cao, Y. Zhang, M. Ye, Y. Tang, Z. Wen, X. Liu, W. Du, C. C. Li, Enhancing Long-Cycle Performance of Zinc Powder Anodes at High Discharge Depths through Comprehensive Electrochemical-Mechanical Regulation. Adv. Energy Mater. 2025, 2501443.
https://doi.org/10.1002/aenm.202501443
