近日，大連化物所儲能技術研究部(DNL17)李先鋒研究員團隊針對鋅基液流電池充電時電解液中鋅離子濃度持續降低的特點，深入研究了不同濃度下的鋅沉積過程，闡明了鋅沉積形貌與電池性能的關系，為鋅基液流電池高穩定性鋅負極的構筑奠定了理論基礎。
鋅基液流電池具有安全性高、能量密度高、環境友好等特點，在大規模儲能領域具有很好的應用前景。然而負極側的鋅枝晶和脫落等會影響鋅基液流電池的循環穩定性。目前，對于鋅均勻沉積調控策略與機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降低。因此探究鋅離子濃度與形貌演變規律，闡明其與電池性能的關系，對鋅基液流電池的發展具有重要意義。
該工作深入研究了鋅溴液流電池體系充電時鋅的沉積過程。研究發現，當電解液中鋅離子濃度較高(≥0.4M)時，鋅沉積行為受瞬時成核模式控制，容易生長成致密塊狀的形貌。隨著充電過程中負極側鋅離子濃度的下降，鋅的成核方式轉變為漸進成核，鋅的優勢晶面由(002)變為(101)，沉積形貌呈雜亂苔蘚狀。同時，團隊采用原子力顯微鏡(AFM)原位觀察了鋅的沉積過程。研究表明，當鋅離子濃度超過0.4M時，鋅溴液流電池可保持高的庫倫效率和長循環穩定性。該工作為高能量密度、長壽命鋅基液流電池的研究開發奠定了理論基礎。
相關研究成果以“A Highly Reversible Zinc Deposition for Flow Batteries Regulated by Critical Concentration Induced Nucleation”為題，于近日發表在《能源與環境化學》(Energy & Environmental Science)上。該工作的第一作者是我所DNL17的2017級博士研究生王勝男、503組2016級博士研究生王子芫。上述研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院工程實驗室項目、遼寧省“興遼英才計劃”項目、所創新基金等項目資助。(文/圖 王勝男)
