李先锋研究员团队揭示锌基液流电池中浓度梯度诱导下的锌沉积过程

houtianhou

近日，我所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员团队针对锌基液流电池充电时电解液中锌离子浓度持续降低的特点，深入研究了不同浓度下的锌沉积过程，阐明了锌沉积形貌与电池性能的关系，为锌基液流电池高稳定性锌负极的构筑奠定了理论基础。
　　锌基液流电池具有安全性高、能量密度高、环境友好等特点，在大规模储能领域具有很好的应用前景。然而负极侧的锌枝晶和脱落等会影响锌基液流电池的循环稳定性。目前，对于锌均匀沉积调控策略与机理的研究主要集中在低电流密度、低面积容量和恒定锌离子浓度的电池体系。而锌基液流电池在充电过程中，电解液中锌离子的浓度持续降低。因此探究锌离子浓度与形貌演变规律，阐明其与电池性能的关系，对锌基液流电池的发展具有重要意义。

　　该工作深入研究了锌溴液流电池体系充电时锌的沉积过程。研究发现，当电解液中锌离子浓度较高（≥0.4M）时，锌沉积行为受瞬时成核模式控制，容易生长成致密块状的形貌。随着充电过程中负极侧锌离子浓度的下降，锌的成核方式转变为渐进成核，锌的优势晶面由（002）变为（101），沉积形貌呈杂乱苔藓状。同时，团队采用原子力显微镜（AFM）原位观察了锌的沉积过程。研究表明，当锌离子浓度超过0.4M时，锌溴液流电池可保持高的库伦效率和长循环稳定性。该工作为高能量密度、长寿命锌基液流电池的研究开发奠定了理论基础。
　　相关研究成果以“A Highly Reversible Zinc Deposition for Flow Batteries Regulated by Critical Concentration Induced Nucleation”为题，于近日发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。该工作的第一作者是我所DNL17的2017级博士研究生王胜男、503组2016级博士研究生王子芫。上述研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院工程实验室项目、辽宁省“兴辽英才计划”项目、所创新基金等项目资助。（文/图 王胜男）
　　文章链接：https://doi.org/10.1039/D1EE00783A


        文章来源：大连化物所
       李先锋，男，1979年7月生于山东沂水，中国科学院大连化学物理研究所，研究员，博士生导师。中组部“万人计划”青年拔尖人才，中科院卓越青年科学家获得者，辽宁省百千万人才工程“百层次”人才。大连化学物理研究所储能技术研究部部长，电池材料与关键技术研究组长。长期从事大规模电化学储能技术的研究开发工作。成果荣获包括“2015年国家技术发明二等奖”（排名3），中国科学院杰出科技成就奖（突出贡献者，排名2）、 “辽宁省技术发明二等奖”（排名第2）等科技奖励。获 “中国科学院卢嘉锡青年人才奖”，“第三届“中科院沈阳分院优秀青年科技人才奖”，“辽宁省青年科技奖”，等奖励。入选中组部青年拔尖人才计划，中国科学院卓越青年科学家项目、大连市杰出青年科技人才等。为首届中科院青年创新促进会会员，中国膜工业协会电驱动膜专业委员会委员，中国材料研究学会青年工作委员会理事。迄今为止共发表SCI论文100余篇，其中Energy & Environmental Science 6篇，Angew. Chem. Int. Ed 1篇， Advanced Functional Materials 2篇，Nano energy 1篇。迄今为止，论文他引次数2500余次， H 因子30。2015年开始担任“Scientific Reports”杂志编委。申报发明专利100余项，国际专利6项。授权20余项。作为负责人主持国家科技部973计划课题、国家自然科学基金，中组部青年拔尖人才计划项目、中科院重要方向性项目等多项项目与课题。