深圳大学在水系电解型MnO2-Zn电池研究取得突破

原标题:深圳大学水电解MnO2-Zn电池研究取得突破。

近日，深圳大学材料学院新能源材料与器件研究组助理教授杨金龙取得重要进展，发表在《先进能源材料》(影响因子:29.368，中国科学院发表题为“高性能电解MnO 2–Zn电池通过霍夫迈斯特效应诱导的质子阻挡层”的研究论文。本文利用霍夫迈斯特效应制备了一种基于聚乙烯醇(PVA)的低成本质子屏蔽膜(PBS)来防止析氢，为稳定MnO2-Zn电池电解提供了一种新的途径。同时，这也是一种通用的方法，可以用来设计其他稳定的水基金属离子电池。深圳大学材料学院助理教授杨金龙、中科大教授陈伟为论文通讯作者，联合博士后袁媛为论文第一作者，深圳大学为第一完成单位。

在酸性电解MnO2-Zn电池中，金属Zn容易与电解液中的质子反应生成氢气，使电池电解液酸度不断降低，导致MnO2/Mn2+的正反应活性降低，最终影响电池性能。这是目前制约水电解锌锰电池实用化的主要因素之一。团队通过强大的霍夫迈斯特效应，成功开发出低于1 m-2美元的超低成本PBS，并实现了电解MnO2-Zn电池优异的电化学性能。包括XRD、FT-IR和XPS在内的材料表征和DFT计算结果表明，PBS促进Zn2+转移但阻碍H+转移的显著能力来自于浓SO42-的盐析过程，使H键网络无序、不连续，甚至形成孤立的亲水笼。在酸性MnO2-Zn电池中，它可以帮助实现91.2%的高能量保持率和200次循环的低过电位，远优于商用阴离子交换膜。这种优异的性能可以归因于这种PBS膜优异的离子导电性、稳定性和阻碍H+转移的能力，这是商业阴离子交换膜难以达到的。同时，所构建的电池可以在20°C(66.6mA·cm-2)的高电流速率和6.67 mAh·cm-2的高面积容量下良好运行，显著高于商用阴离子交换膜电池。

图一。(a-c)pzas-PBS凝胶中氢键的理论计算，(d)受阻质子转移示意图，(e-g)电解MnO2-Zn电池的性能。

总之，这项工作揭示了霍夫迈斯特效应可以为隔膜提供质子屏蔽和选择性金属离子传输的新功能，这将为开发稳定的电解MnO2-Zn电池和其他金属基能源开辟一个新的存储设备领域。

本工作得到了国家自然科学基金面上项目(52172217)和广东省基础与应用基础研究基金(2021A1515010144)的资助。

来源:深圳大学

纸质链接:

回到搜狐，https://onlinelibrary.wiley/doi/10.1002/aenm.202103705看更多。

责任编辑: