大连化物所《AFM》：这种膜让锌基液流电池高容量长寿命！

锌基电池，特别是具有高能量密度和低成本优点的ZFBs被认为是最有前途的大规模储能材料之一。然而，由于ZFBs使用的是低成本的锌(Zn)作为负极，限制其广泛应用的主要障碍之一是臭名昭著的Zn树枝/堆积问题，因为不受控制的Zn树枝晶可能会穿透薄膜，最终导致电池短路。可充电锌基水溶液液流电池(ZFBs)是一种很有前途的大规模储能设备候选材料。然而，来自锌枝晶的挑战和有限的面积容量极大地阻碍了它的广泛应用。

来自中科院大连化物所等单位的研究人员，构建了一种原位垂直生长的层状双氢氧化物薄膜(LDH-G)，以实现长寿命的ZFBs。由于LDH纳米片具有高的氢氧化物离子导电性和离子选择性，特别是通过精确控制垂直排列的LDH的定向离子传输，可以实现优异的电池性能。此外，无缺陷的LDHs层用作缓冲层，以实现均匀的Zn沉积，从而极大地提高了电池的面积容量。

结果表明，所设计的膜使碱性锌铁液流电池具有优异的倍率性能和循环稳定性，在260mA cm⁻²下循环800次，能量效率可达80%，是目前报道的最高性能。最重要的是，LDHs层能使电池长周期稳定工作1200h，并且锌沉积均匀、面积容量高达240mAh cm⁻²。本工作实现了在聚合物衬底上原位生长三维LDHs阵列，为ZFBs的高面容量和无枝晶沉积提供了一种策略。相关论文发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202102167

图1.a)LDH-G制备示意图。

图2.（a）MgAl-NO₃-LDH、衬底、LDH-G和LDH-G循环的XRD图谱和b)FTIR光谱

图3.a)采用LDH-G和基板的AZIFB的速率性能.

图4)a)循环性能和b)采用LDH-G和基板的AZIFB的电压-时间特性（在40 mA cm⁻²的电流密度下，基板的面积容量为240mAh cm⁻²）

图5.分别使用a)衬底和b)LDH-G对Zn(OH)₄²⁻在AZIFB负极上重新分布的COMSOL模拟结果。

综上所述，本文通过在多孔膜衬底上原位生长LDH纳米片，展示了一种3D LDHs层来引导无树枝状锌沉积。考虑到LDHs的高选择性、超快离子通过二维LDHs片材的定向排列以及表面带正电荷等特性，设计的LDH-G有利于离子在膜与电极界面的均匀分布，从而促进了锌的均匀沉积。因此，使用所制备的LDH-G制备的AZIFB具有优异的倍率性能，在260 mA cm⁻²下800次循环的EE超过80%，在80 mA cm⁻²下的长循环稳定性(1200h)没有枝晶生长。此外，采用LDH-G的AZIFB可以在面积容量为240mAhcm⁻²的情况下在500h内提供88%的EE。这项工作对不受欢迎的枝晶生长问题提供了新的见解，并向LDHs在储能设备中的应用迈出了一步。（文：SSC）