鋰（Li）或鋅（Zn）金屬負極由于其高理論容量和低氧化還原電位而引起了電池研究的廣泛關注。然而，不可控的枝晶生長，特別是在大電流（>4 mA cm-2）下，阻礙了具有高負荷（>4 mAh cm-2）鋰或鋅金屬電池的可逆循環(huán)。
近日，加拿大滑鐵盧大學P. Chen報道了在負極和AGM隔膜之間將水解膠原蛋白（CH）均勻涂覆在吸附玻璃墊上的（CH@AGM）可以誘導類似于沖擊電沉積，從而在根本上穩(wěn)定了金屬負極，并抑制了具有高面積容量的鋰和鋅金屬電池中枝晶的形成。
文章要點
1）研究發(fā)現(xiàn)CH在水溶液和有機電解質中都具有表面負電荷，這使得CH@AGM在超限電流下能夠在隨機的帶電多孔介質中實現(xiàn)表面導電和去電離沖擊，從而促進了Li+（Zn2+）的均勻沉積。此外，CH與Li+（Zn2+）的結合進一步分散了陽離子在整個金屬負極表面的分布，從而引導了金屬沿負極表面/水平方向的沉積，并顯著地穩(wěn)定了Li（Zn）的生長。這種在金屬電沉積中的疊加調節(jié)效應可在高電流密度下產(chǎn)生無枝晶的金屬沉積，并能構建具有穩(wěn)定循環(huán)Li（Zn）金屬負極與高負載正極[LiMn2O4（LMO）]耦合的鋰（鋅）金屬電池。
2）與具有24 mAh cm-2正極面容量的電池在1 C下鋰（鋅）負極分別只能循環(huán)10次（100次）相比，利用CH@AGM組裝成的鋰（鋅）全電池在水溶液和有機電解液中均可循環(huán)600次，沒有枝晶穿孔，循環(huán)庫侖效率高達99.7%。
3）這種基于生物分子的枝晶抑制方法可以簡單地推廣到商業(yè)大容量電池系統(tǒng)。在5 Ah和200 Ah的水系鋅電池中，分別實現(xiàn)了6400次100%放電循環(huán)。
Jian Zhi, et al, Biomolecule-guided cation regulation for dendrite-free metal anodes, Sci. Adv. 2020DOI: 10.1126/sciadv.abb1342http://advances.sciencemag.org/content/6/32/eabb1342
來源：能源谷
