【摘 要】
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水系锌金属二次电池（Rechargeable aqueous zinc metal batteries,RAZMBs）由于锌资源丰富、成本低、安全性高等特点,在大规模可再生能源存储领域极具应用前景。然而,锌金属的不均匀电化学沉积和腐蚀析氢副反应等问题导致电极电化学可逆性较差,限制着水系锌二次电池的实际应用。针对上述问题,本论文设计和制备了一种孔尺寸可控的三维纳米多孔结构金属锌。主要研究进展如下:1
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水系锌金属二次电池（Rechargeable aqueous zinc metal batteries,RAZMBs）由于锌资源丰富、成本低、安全性高等特点,在大规模可再生能源存储领域极具应用前景。然而,锌金属的不均匀电化学沉积和腐蚀析氢副反应等问题导致电极电化学可逆性较差,限制着水系锌二次电池的实际应用。针对上述问题,本论文设计和制备了一种孔尺寸可控的三维纳米多孔结构金属锌。主要研究进展如下:1.开发了一种三维纳米多孔结构锌金属电极的制备方法,在惰性气体环境中利用金属锂箔和金属锌箔固相接触发生合金化反应形成Li Zn合金,脱合金化反应后获得纳米多孔锌金属箔。通过控制上述合金反应温度可调控Li Zn合金反应速率,进一步脱合金化反应后即可实现对纳米孔结构尺寸的精确控制。所制备的三维纳米多孔锌电极的纳米孔隙结构提供了丰富的电化学活性比表面积,使锌金属电极在对称电池电化学循环测试中发生均匀稳定的沉积/溶解行为,没有发现明显的体积变化及枝晶沉积行为,表现出小的电压极化（过电势仅为40 m V）和长的循环寿命（1500次循环容量保持率为76%）。2.通过理论模拟和实验手段分析和研究了孔结构尺寸对电解液浸润的金属锌电极界面局部微区电解液的影响规律。研究发现,通过将三维多孔锌金属电极中的孔隙尺寸进行调控（＜40 nm）,可以精确调节纳米孔结构内的空间电荷效应,从而形成孔隙界面微区浓度增强电解液。该微区浓度增强电解液抑制了常规多孔电极存在的析氢反应等副反应,有利于缓解金属锌在水系电解液中的腐蚀行为,有效提高三维多孔锌负极的电化学循环稳定性。纳米多孔锌电极表现出-0.975 V的高腐蚀电位和4.0 m A cm-2的低腐蚀电流密度,在浸泡实验（7天和25天）后电极表面少量的氢氧化锌等腐蚀产物。
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