高能可充杂化锌电池构建及电极界面特性研究

来源 :东北石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laohe200304
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可充锌-空气/金属氧化物杂化电池具有高能量密度、大功率密度、良好的安全性和低廉的价格,有望满足电子产品、电动汽车和智能电网快速增长的需求。然而,可充杂化锌电池存在的枝晶生长、循环寿命差、电解质易于泄漏等问题,严重制约着其发展和商业化。本文以添加Zn O的KOH水溶液为电解质,采用Co3O4纳米材料为阴极电催化剂,采用铜网作为阳极集流体,构建可充杂化锌电池体系,探索锌在3D立体结构阳极上的沉积与溶解规律,研究采用铜网阳极集流体可充杂化锌电池充放电性能。另外,在电解质中添加SiO2和聚乙烯醇(PVA)形成凝胶电解质,采用rGO对铜网进行包覆改性,研究构建可充柔性凝胶杂化锌电池体系的可行性。通过SEM和结合电化学交流阻抗谱(EIS)研究表明,在阳极集流体铜网上沉积形成了3D立体结构的锌阳极,充电电流密度低时,阳极集流体铜网上沉积的锌致密、均匀,随着电流密度的增大,沉积的锌颗粒变大;较低电流密度放电时,锌氧化溶解的比较均匀,电极表面光滑;大电流放后,锌电极表面粗糙。与平板电极相比,铜网电极降低了电池内阻和电荷转移电阻,提高了锌的存储能力和利用率,显著改进电池大容量充放电性能。以25 m A恒电流充电8 min,静置1 min,25 m A恒电流放电至0.9 V条件充放电,电池能够以98.2%左右的库伦效率稳定地运行4000个充放电循环(约1140 h),每个循环始终保持一个1.71 V左右平直的较高放电电压平台,实现了电池长周期高效运行。采用水热法将rGO包覆负载于铜网表面,并成功制备了添加SiO2的PVA基凝胶电解质,该rGO/Cu-PVA-SiO2凝胶电池体系电化学性能几乎与水溶液电解质相媲美。电池放电倍率从1.05 C增加到17.1 C时平均放电电压并没出现明显衰减,具有较好的放电倍率性能。凝胶电解质对阴极氧气还原反应/氧气析出反应(ORR/OER)的催化活性和阳极锌的沉积/溶解影响十分有限。对电池进行充放电循环性能研究表明,电池依旧能够稳定进行4000个充放电循环,库伦效率在95.2~97.6%范围内波动,电压效率波动范围在87.4~89.6%左右,放电电压仍可保持在1.69 V,为实现可充杂化锌电池柔性化提供技术支持。
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