鋰（Li）或鋅（Zn）金屬負(fù)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(guān)注。然而，不可控的枝晶生長(zhǎng)，特別是在大電流（>4 mA cm-2）下，阻礙了具有高負(fù)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(xué)P. Chen報(bào)道了在負(fù)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(dǎo)類似于沖擊電沉積，從而在根本上穩(wěn)定了金屬負(fù)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(diǎn)
1）研究發(fā)現(xiàn)CH在水溶液和有機(jī)電解質(zhì)中都具有表面負(fù)電荷，這使得CH@AGM在超限電流下能夠在隨機(jī)的帶電多孔介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)表面導(dǎo)電和去電離沖擊，從而促進(jìn)了Li+（Zn2+）的均勻沉積。此外，CH與Li+（Zn2+）的結(jié)合進(jìn)一步分散了陽離子在整個(gè)金屬負(fù)極表面的分布，從而引導(dǎo)了金屬沿負(fù)極表面/水平方向的沉積，并顯著地穩(wěn)定了Li（Zn）的生長(zhǎng)。這種在金屬電沉積中的疊加調(diào)節(jié)效應(yīng)可在高電流密度下產(chǎn)生無枝晶的金屬沉積，并能構(gòu)建具有穩(wěn)定循環(huán)Li（Zn）金屬負(fù)極與高負(fù)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(fù)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(jī)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(dá)99.7%。
3）這種基于生物分子的枝晶抑制方法可以簡(jiǎn)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(shí)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
