カーボンフレームワーク上に足場を設けたZIF由来のZnO/Sb複合材をNi-Zn電池用に開発

ZIF-derived ZnO/Sb composite scaffolded on carbon framework for Ni-Zn batteries.

• Weiyi Zhao
• Ziqiang Liu
• Chenglin Zhong
• Zihan Shen
• Xin Jin
• Huigang Zhang

抄録

Ni-Zn、Zn-MnO、Zn-Air電池は、難燃性、材料の豊富さ、高比エネルギーなどの利点を持っています。しかし、亜鉛負極の形状変化、デンドライト成長、腐食、不動態化、溶解などに関連した充電性の悪さから、その用途は限定されている。本研究では、ゼオライト-イミダゾレート骨格（ZIF）をベースとしたルートを開発し、新規なZnO/Sb複合陽極を構築しました。得られたZnO/Sb複合陽極は、カーボンクロス（CC）上に足場を形成した後、炭化レゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂でカプセル化されています。このようなカーボンフレーム化されたZnO/Sb負極は、Sbが腐食を抑制し、粒子間導電性を向上させ、ZIF由来のカーボンフレームが形状変化に対応し、亜鉛の溶解を阻止し、電荷移動を促進するため、優れた速度特性とサイクル特性を示した。本研究では、パウチ型やケーブル型のNi-Zn電池において、防錆とカーボンフレーム構造設計の有効性を実証した。

Ni-Zn, Zn-MnO, and Zn-air batteries have the advantages of inflammability, material abundance, and high specific energy. However, their applications are limited by the poor rechargeability of zinc anodes, which are related to shape changes, dendrite growth, corrosion, passivation, dissolution, etc. In this study, we developed a zeolitic-imidazolate framework (ZIF)-based route to construct a novel ZnO/Sb composite anode. The resultant zinc anode is scaffolded on carbon cloth (CC) and then encapsulated by carbonized resorcinol-formaldehyde resins. Such a carbon-framed ZnO/Sb anode shows the excellent rate and cycling properties because Sb suppresses the corrosion and improves interparticle conductivity, and the ZIF-derived carbon frame accommodates the shape changes, blocks the zinc dissolution, and accelerates the charge transfer. This work demonstrates the effectiveness of anti-corrosion and carbon-framed structure design on pouch and cable-like Ni-Zn batteries.

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