碱性电解液中K3[Fe(CN)6]在锌阳极上的自发还原和吸附延长锌镍电池的循环寿命

碱性电解液中K₃[Fe(CN)₆]在锌阳极上的自发还原和吸附延长锌镍电池的循环寿命

采用K₃[Fe(CN)₆]作为锌镍电池的电解液添加剂，克服了锌阳极的变形。此外，通过一系列实验设计和表征，探索了电解液中金属锌与K₃[Fe(CN)₆]的反应机理。通过XRD (X-ray diffraction)和XPS (X-ray photo-electron spectroscopy)测试，我们发现金属锌在KOH水溶液中能够与K₃[Fe(CN)₆]反应，将[Fe(CN)₆]^3–还原为[Fe(CN)₆]⁴⁻。添加K₃[Fe(CN)₆]的锌镍电池实现了更长的循环寿命，比不添加K₃[Fe(CN)₆]的锌镍电池长3倍以上。在相同循环次数下，改性电解质中锌阳极循环不仅形状变化较小，而且没有出现“死”锌现象，电极添加剂和粘结剂也没有发生偏析。此外，不同于一般的有机添加剂，K₃[Fe(CN)₆]的加入不仅不会增大电极的极化，还能够提高锌镍电池的放电容量和倍率性能。因此，考虑到这一改性策略有着较高的可行性和较低的成本，K₃[Fe(CN)₆]添加剂在锌镍电池的实际应用中具有极大的推广潜力。

鉴于不断恶化的环境问题，化石燃料将无法支持未来人类生活的发展。因此，有效利用清洁能源具有重要意义。在这种情况下，廉价、可靠、环保的电网规模储能系统可以在优化能源使用方面发挥关键作用。与锂离子电池和铅酸电池相比，水性锌基电池的优异安全性、环境友好性和低毒性使其在大规模储能领域具有竞争力。在各种锌基电池中，由于高开路电压和优异的倍率性能，Zn-Ni电池在实际应用中具有巨大的潜力。然而，在碱性电解质中使用锌阳极的固有障碍，如枝晶、形状变化、钝化和腐蚀，限制了其商业应用。因此，我们目前的工作重点是抑制锌物种的腐蚀和溶解。根据我们研究小组先前的研究，锌镍电池的故障是由锌阳极的形状变化引起的，这是由于锌的溶解和阳极上的电流分布不均匀造成的。因此，在当前的研究中，我们选择K3[Fe（CN）6]作为电解质添加剂，这将有助于最小化锌阳极的腐蚀和溶解。在碱性电解液中，[Fe（CN）6]3-被Zn-Ni电池中存在的金属Zn还原为[Fe（CN）6]4-。由于其在电解质中的低溶解度，K4[Fe（CN）6]粘附在活性Zn阳极上，从而抑制Zn的聚集和腐蚀。最终，有效地消除了阳极的形状变化，这将Zn-Ni电池的循环寿命提高了三倍以上（即，从124次循环提高到423次循环以上）。关于容量保持，具有原始电解质的Zn-Ni电池在85次循环后仅表现出40%的容量保持，而具有改性电解质（即，含有K3[Fe（CN）6]）的Zn-Ni电池表现出72%的容量保持。此外，与增加电极极化的常规有机添加剂不同，K3[Fe（CN）6]的添加不仅显著降低了简化的三电极系统中的电荷转移电阻，而且改善了Zn-Ni电池的放电容量和速率性能。重要的是，考虑到该策略易于实现并将额外成本降至最低，K3[Fe（CN）6]作为一种几乎没有负面影响的电解质添加剂，在商业锌镍电池中具有巨大的潜力。