鋅基液流電池具有安全性高、能量密度高、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。然而負(fù)極側(cè)的鋅枝晶和脫落等會(huì)影響鋅基液流電池的循環(huán)穩(wěn)定性。目前，對(duì)于鋅均勻沉積調(diào)控策略與機(jī)理的研究主要集中在低電流密度、低面積容量和恒定鋅離子濃度的電池體系。而鋅基液流電池在充電過程中，電解液中鋅離子的濃度持續(xù)降低。因此探究鋅離子濃度與形貌演變規(guī)律，闡明其與電池性能的關(guān)系，對(duì)鋅基液流電池的發(fā)展具有重要意義。
該工作深入研究了鋅溴液流電池體系充電時(shí)鋅的沉積過程。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電解液中鋅離子濃度較高(≥0.4M)時(shí)，鋅沉積行為受瞬時(shí)成核模式控制，容易生長(zhǎng)成致密塊狀的形貌。隨著充電過程中負(fù)極側(cè)鋅離子濃度的下降，鋅的成核方式轉(zhuǎn)變?yōu)闈u進(jìn)成核，鋅的優(yōu)勢(shì)晶面由(002)變?yōu)?101)，沉積形貌呈雜亂苔蘚狀。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)采用原子力顯微鏡(AFM)原位觀察了鋅的沉積過程。研究表明，當(dāng)鋅離子濃度超過0.4M時(shí)，鋅溴液流電池可保持高的庫倫效率和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為高能量密度、長(zhǎng)壽命鋅基液流電池的研究開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以“A Highly Reversible Zinc Deposition for Flow Batteries Regulated by Critical Concentration Induced Nucleation”為題，于近日發(fā)表在《能源與環(huán)境化學(xué)》(Energy & Environmental Science)上。該工作的第一作者是我所DNL17的2017級(jí)博士研究生王勝男、503組2016級(jí)博士研究生王子芫。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院工程實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”項(xiàng)目、所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目資助。(文/圖 王勝男)
