文档名：锌阳极氮掺杂多孔碳表面功能层设计及可逆性研究
摘要：锌阳极因枝晶生长、析氢、形变和钝化等挑战,成为限制锌空气电池充放电循环性能的关键因素.本工作以聚季铵盐为碳源和氮源,通过硬模板法制备出具有丰富介孔结构的碳材料,并将其作为锌阳极的表面功能层(N-MC@Zn).其中,N-MC@Zn的比表面积高达590.06m2·g-1,平均孔径为22nm.研究表明,锌阳极表面构建氮掺杂的多孔碳功能层,在一定程度上有效缓解了上述寄生反应带来的负面影响.特别是多孔碳涂层丰富的孔隙为锌沉积/剥离提供了缓冲区,极大提高了锌离子的沉积动力学,稳定了其沉积/剥离过程,缓解了锌阳极的析氢腐蚀;此外,多孔碳涂层内的各向异性避免了尖端效应,抑制了枝晶生长.基于上述优势,N-MC@Zn表现出优异的充放电稳定性(140h,700次循环)、倍率充放电特性(0.5C～10C)以及放电容量.以上结果表明,多孔碳材料可作为高性能锌阳极功能层材料,为锌阳极涂层设计领域提供了新的视角.
Abstract：Zincanodehasbecomeakeyfactorlimitingthecyclingperformanceofzinc-airbatteriesduetochallengessuchasdendritegrowth,hydrogenevolution,deformation,andpassivation.Inthisstudy,carbonmaterialswithabundantmesoporousstructureswerepreparedusingquarter-naryammoniumsaltsascarbonandnitrogensourcesthroughahardtemplatemethod,andtheywereusedasasurfacefunctionallayerforthezincanode(N-MC@Zn).TheN-MC@Znmaterialhadahighspecificsurfaceareaof590.06m2·g-1andanaverageporesizeof22nm.Theresearchshowedthatconstructinganitrogen-dopedporouscarbonfunctionallayeronthesurfaceofthezincanodeeffectivelymitigatedthenega-tiveeffectscausedbytheaforementionedchallenges.Inparticular,theabundantporesintheporouscarboncoatingprovidedabufferzoneforzincdeposition/stripping,greatlyacceleratingthedepositionkineticsandstabilizingthedeposition/strippingprocessofzincions,thusalleviatinghydrogenevolutioncorrosionofthezincanode.Furthermore,theanisotropywithintheporouscarboncoatingpreventedthegrowthofdendritesbyavoidingthetipeffect.Basedontheseadvantages,N-MC@Znexhibitedexcellentdischargeandchargestability(140h,700cycles),ratecapability(from0.5Cto10C),anddischargecapacity.Theseresultsdemonstratethatporouscarbonmaterialscanserveashigh-performancefunctionallayermaterialsforzincanodesandprovideanewperspectiveforthedesignofzincanodecoatings.
作者：陈京健 徐能能 芦拓 魏群山Author：CHENJingjian XUNengneng LUTuo WEIQunshan
作者单位：东华大学环境科学与工程学院,上海201600
刊名：材料导报
Journal：MaterialsReports
年，卷(期)：2024, 38(6)
分类号：TM911
关键词：锌阳极 介孔碳 表面改性 锌枝晶 锌空气电池
Keywords：zincanode mesoporouscarbon surfacemodification zincdendrite zinc-airbatteries
机标分类号：O646TB383TM912.9
在线出版日期：2024年5月8日
基金项目：锌阳极氮掺杂多孔碳表面功能层设计及可逆性研究[
期刊论文] 材料导报--2024, 38(6)陈京健 徐能能 芦拓 魏群山锌阳极因枝晶生长、析氢、形变和钝化等挑战,成为限制锌空气电池充放电循环性能的关键因素.本工作以聚季铵盐为碳源和氮源,通过硬模板法制备出具有丰富介孔结构的碳材料,并将其作为锌阳极的表面功能层(N-MC@Zn).其中,N-MC...参考文献和引证文献
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