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
