1 太原理工大学 材料科学与工程学院, 太原 030024
2 烟台大学 环境与材料工程学院, 烟台 264005
3 潍柴动力股份有限公司, 潍坊 261001
锌锰(Zn-MnO2)电池具有高安全性、高环保性、高性价比的优点, 适用于大规模储能电池。然而, 金属锌负极在充放电中会因为“尖端效应”而产生锌枝晶, 造成电池容量衰减甚至短路失效。本研究通过添加亲水性纳米二氧化硅(SiO2)和海藻酸钠(SA)将电解质转化为准凝胶电解质, 有效抑制了锌负极表面的枝晶生长, 以及由之造成的Zn-MnO2电池性能衰减。恒流充放电测试结果表明, 采用准凝胶电解质的Zn-MnO2电池在1800次循环后容量保留率可达78%, 而使用普通电解质的Zn-MnO2电池在1000次循环后容量已基本衰减为0。进一步探究准凝胶电解质对锌沉积行为的影响, 发现准凝胶电解质的三维网络结构可以提高锌离子分布的均匀性, 降低电池容量衰减速度与失效风险。
锌锰电池 锌枝晶 准凝胶电解质 海藻酸钠 二氧化硅 zinc-manganese battery zinc dendrite quasi-gel electrolyte sodium alginate silica
1 太原理工大学材料科学与工程学院，太原 030024
2 烟台大学环境与材料工程学院，烟台 264005
可充电水系锌锰电池成本低、环保无毒、安全性好，在大规模储能领域具有广阔应用前景。然而，该电池中不仅存在MnO2正极导电率低、结构稳定性差等问题，而且存在负极锌枝晶生长与析氢腐蚀问题，这严重制约了电池循环稳定性的提升。本文采用水热法制备了Al掺杂二氧化锰作为锌锰电池的高稳定性正极材料，并通过X射线衍射(XRD)、能量色散X射线光谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)详细讨论了Al掺杂对MnO2物相、形貌、含水量与电化学性能的影响。研究表明，Al掺杂不仅使样品由微米级β-MnO2转变为纳米级α-MnO2，还使产物中结晶水含量增加。作为锌锰电池正极材料，所制备的Al掺杂MnO2在1 A?g-1高电流密度下500次循环后剩余容量高达150.1 mAh?g-1，循环稳定性远优于未掺杂的MnO2样品(500次循环后容量为97.8 mAh?g-1)。本研究对高性能锌锰电池的开发具有一定启示意义。
Al掺杂 二氧化锰 循环稳定性 锌锰电池 水热法 Al doping MnO2 cycling stability Zn-MnO2 battery hydrothermal method
