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High Depth-of-Discharge Zinc Rechargeability Enabled by a Self-Assembled Polymeric Coating
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2021-08-27 , DOI: 10.1002/aenm.202101594 David J. Arnot 1 , Matthew B. Lim 1, 2 , Nelson S. Bell 3 , Noah B. Schorr 1 , Ryan C. Hill 4 , Andrew Meyer 4 , Yang‐Tse Cheng 4 , Timothy N. Lambert 1
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2021-08-27 , DOI: 10.1002/aenm.202101594 David J. Arnot 1 , Matthew B. Lim 1, 2 , Nelson S. Bell 3 , Noah B. Schorr 1 , Ryan C. Hill 4 , Andrew Meyer 4 , Yang‐Tse Cheng 4 , Timothy N. Lambert 1
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Zinc has the potential for widespread use as an environmentally friendly and cost-effective anode material pending the resolution of rechargeability issues caused by active material loss and shape change. Here, a self-assembled Nafion-coated Celgard 3501 (NC-Celgard) separator is shown to enable unprecedented cycle life of a Zn anode in alkaline electrolyte at high depth-of-discharge (DODZn). Using commercially relevant energy-dense electrodes with high areal capacities of 60 mAh cm–2, Zn–Ni cells tested at 20% DODZn cells achieve over 200 cycles while 50% DODZn cells achieve over 100 cycles before failure. The 20% and 50% DOD cells deliver an average of 132 and 180 Wh L–1 per cycle over their lifetime respectively. Rechargeability is attributed to the highly selective diffusion properties of the 300 nm thick negatively charged Nafion coating on the separator which prevents shorting by dendrites and inhibits redistribution of the active material. Crossover experiments show that the NC-Celgard separator is practically impermeable to zincate ([Zn(OH)4]2–), outperforming commercial Celgard, cellophane, Nafion 211 and 212 separators while still allowing hydroxide transport. This work demonstrates the efficacy of selective separators for increasing the cycle life of energy-dense Zn electrodes without adding significant volume or complexity to the system.
中文翻译：
由自组装聚合物涂层实现的高放电深度锌可充电性
在解决由活性材料损失和形状变化引起的可充电性问题之前，锌有可能作为一种环境友好且具有成本效益的负极材料被广泛使用。在这里，自组装的 Nafion 涂层 Celgard 3501 (NC-Celgard) 隔膜被证明可以在高放电深度 (DOD Zn ) 的碱性电解质中实现前所未有的锌阳极循环寿命。使用具有 60 mAh cm –2高面积容量的商业相关能量密集电极，以 20% DOD Zn电池测试的 Zn-Ni电池可实现超过 200 次循环，而 50% DOD Zn电池在失效前可实现超过 100 次循环。20% 和 50% DOD 电池提供平均 132 和 180 Wh L –1分别在其生命周期中的每个周期。可充电性归因于隔膜上 300 nm 厚的带负电荷的 Nafion 涂层的高度选择性扩散特性，可防止枝晶短路并抑制活性材料的重新分布。交叉实验表明，NC-Celgard 隔膜实际上对锌酸盐 ([Zn(OH) 4 ] 2– )是不可渗透的，其性能优于商业 Celgard、玻璃纸、Nafion 211 和 212 隔膜，同时仍允许氢氧化物传输。这项工作证明了选择性隔膜在不增加系统体积或复杂性的情况下增加能量密集型锌电极循环寿命的功效。
更新日期：2021-10-14
中文翻译：
由自组装聚合物涂层实现的高放电深度锌可充电性
在解决由活性材料损失和形状变化引起的可充电性问题之前，锌有可能作为一种环境友好且具有成本效益的负极材料被广泛使用。在这里，自组装的 Nafion 涂层 Celgard 3501 (NC-Celgard) 隔膜被证明可以在高放电深度 (DOD Zn ) 的碱性电解质中实现前所未有的锌阳极循环寿命。使用具有 60 mAh cm –2高面积容量的商业相关能量密集电极，以 20% DOD Zn电池测试的 Zn-Ni电池可实现超过 200 次循环，而 50% DOD Zn电池在失效前可实现超过 100 次循环。20% 和 50% DOD 电池提供平均 132 和 180 Wh L –1分别在其生命周期中的每个周期。可充电性归因于隔膜上 300 nm 厚的带负电荷的 Nafion 涂层的高度选择性扩散特性，可防止枝晶短路并抑制活性材料的重新分布。交叉实验表明，NC-Celgard 隔膜实际上对锌酸盐 ([Zn(OH) 4 ] 2– )是不可渗透的，其性能优于商业 Celgard、玻璃纸、Nafion 211 和 212 隔膜，同时仍允许氢氧化物传输。这项工作证明了选择性隔膜在不增加系统体积或复杂性的情况下增加能量密集型锌电极循环寿命的功效。
京公网安备 11010802027423号