【摘 要】
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随着规模化储能系统的快速发展,锌离子电池以其良好的安全性,低廉的成本和高的能量密度吸引了研究人员的关注。然而锌负极表面严重腐蚀和枝晶生长等问题阻碍了其大规模商业化应用。本论文以化学镀法制备的三维多孔铜为基底,电沉积获得三维锡-锌和三维铟-锌合金负极,有效减缓了锌负极的腐蚀速率和枝晶生长。主要研究成果内容如下:（1）以三维多孔铜为基底,在含有硼酸缓冲剂,聚丙烯酰胺和硫脲添加剂的硫酸盐镀锌镀液中,电沉
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随着规模化储能系统的快速发展,锌离子电池以其良好的安全性,低廉的成本和高的能量密度吸引了研究人员的关注。然而锌负极表面严重腐蚀和枝晶生长等问题阻碍了其大规模商业化应用。本论文以化学镀法制备的三维多孔铜为基底,电沉积获得三维锡-锌和三维铟-锌合金负极,有效减缓了锌负极的腐蚀速率和枝晶生长。主要研究成果内容如下:（1）以三维多孔铜为基底,在含有硼酸缓冲剂,聚丙烯酰胺和硫脲添加剂的硫酸盐镀锌镀液中,电沉积制备了具有不同形貌的三维锌负极。丰富的孔道结构降低了局部电流密度,在Zn成核期间提供均匀的Zn2+分布,促进了Zn的均匀沉积,其组装的对称电池在2 m A cm-2和0.5 m A cm-2的电流密度下,相比于普通锌镀层的循环寿命分别提升了100 h和250 h。以三维锌电极为负极,Mn O2为正极组装的全电池在1.8 A g-1电流密度下,显示高的放电比容量和稳定的容量保持率,循环2000次后仍保持58m Ah g-1的放电比容量。（2）在上述锌镀液中加入适量的锡盐,电沉积制备具有三维结构的锡-锌合金负极。三维锡-锌合金电极与三维多孔铜组装的半电池显示了仅16.4 m V的超低电压滞后,即使循环200次后,电压滞后仅增加了9.2 m V,仍低于锌片和铜片组装的半电池（41.1 m V）。三维锡-锌合金电极组装的对称电池在0.5 m A cm-2电流密度下,仅显示出21.3 m V的低电压滞后,稳定循环超过1200 h;在2 m A cm-2条件下稳定循环超过1000h;其与采用锌片组装的对称电池相比,电压滞后仅为四分之一,电池寿命长三倍。采用三维锡-锌合金电极作为负极的全电池可在1.8 A g-1的电流密度下稳定循环2000次以上。（3）鉴于金属铟具有高的析氢过电位,在镀锌溶液中添加适量铟盐,电沉积获得三维铟-锌合金电极。在KCl溶液中线性扫描,三维铟-锌电极上具有更大的析氢过电位,当电流为10 m A时电位为-1.75 V,明显大于锌片（-1.6 V）和三维锌（-1.65 V）,表明三维铟-锌电极抑制析氢性能最好。其组装的半电池在电流为0.5 m A cm-2的情况下稳定循环了350次,是锌片组装的半电池循环寿命的七倍;组装的对称电池在0.5 m A cm-2和2 m A cm-2的电流密度下分别稳定循环了1000 h和900 h,相较于镀层中不含铟的三维锌电极循环寿命提升了500 h;组装的全电池在1.8 A g-1的电流密度下稳定循环4000次并保持稳定的充放电曲线。
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