一种SiO2-ZnO异质结修饰锌复合箔阳极Zn@ZSHJ的制备方法及应用

本发明属于纳米材料制备，尤其涉及一种sio2-zno异质结修饰锌复合箔阳极zn@zshj的制备方法及应用。

背景技术：

1、化石燃料的大量使用给环境带来了严重破坏，清洁能源的发展越来越受到重视。作为储能阶段的中间环节，在工业快速增长和能源需求不断上升的驱动下，探索稳定高效低成本的储能系统对工业的可持续发展至关重要。虽然锂离子电池由于其突出的能量密度和高电压平台在消费电子市场中占据了主导地位，但其有限且分布不均的锂资源、高制备要求以及可燃有机电解质的使用等潜在危害，促使人们研究替代电池技术。水系锌离子电池从众多候补中脱颖而出得益于可观的经济效益、高安全性和环境友好的优势。锌金属具有合适的氧化还原电位（-0.76 v vs. she）、超高的体积能量密度（5855 mah cm-3）、出色的电镀/剥离可逆性以及在水中的稳定性，锌金属阳极可直接作为水系锌离子电池的阳极。值得注意的是，金属阳极在长周期循环过程中会析氢、腐蚀以及产生锌枝晶，主要原因在于：常用于锌离子电池的电解质普遍呈弱酸性，在长期的充放电过程中，样机表面的锌金属不可避免地会被腐蚀，进而导致析氢；而且由于锌金属阳极表面并未完全平整，由于离子沉积时的“尖端效应”，凸起的部分更容易沉积锌，久而久之，锌枝晶越发明显，最终可能刺穿隔膜引起电池短路，此外，由于析氢过程中的h+的消耗，会导致电解质局域ph升高，也可能会导致zn4so4(oh)6·xh2o等钝化副产物的累计，对锌阳极也是极为不利的，这对水系锌离子电池的长周期工作是极为不利的。阳极界面调控是目前最普遍的优化策略之一。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种sio2-zno异质结修饰锌复合箔阳极zn@zshj的制备方法及应用，本发明采用水热-煅烧融合策略制备，其工艺简单、成本低、可规模化制备、具有较好的电化学储能性能，为水系锌离子电池的电极材料的研究和应用提供了一种新型纳米材料。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种sio2-zno异质结修饰锌复合箔阳极zn@zshj的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.将正硅酸乙酯滴加到无水乙醇中搅拌30 ~ 60 min，转速为500~2000 rpm，其中正硅酸乙酯和无水乙醇的体积比为1:8；

5、s2.向步骤s1所得溶液中加入去离子水继续搅拌30 ~ 60 min，转速为500~1000rpm；

6、s3.将步骤s2所得溶液转移至水热釜中同时加入一块锌箔，然后置于干燥箱中于120~180℃保温12~36 h；

7、s4.将步骤s3制备得到的物质置于管式炉中于250~300℃下保温6~24 h制得锌复合箔阳极zn@zshj。

8、进一步的，所述步骤s2中去离子水与无水乙醇的体积比为3:1。

9、一种用上述制备方法制备得到的锌复合箔阳极zn@zshj。

10、一种锌复合箔阳极zn@zshj在水系锌离子电池阳极中的储能应用。

11、本发明具有的优点是：本发明通过水热-煅烧融合策略法合成了一种sio2-zno异质结修饰锌金属复合箔zn@zshj用于水系锌离子电池的阳极，煅烧的作用更多的是稳定界面结构，同时在煅烧过程中去除界面多余的杂质；亲水的sio2层有利于水合锌离子的去溶剂化过程以降低锌原子成核势垒，坚固的zno层调控锌表面的电场分布以诱导均匀的锌成核。具有梳理诱导效应的新型sio2-zno异质结（zshj）界面相能够为锌金属阳极提供双重保护机制，因此，使用sio2-zno异质结修饰的锌金属复合箔zn@zshj可有效抑制水系锌离子电池阳极锌枝晶的产生和析氢，以推动水系锌离子电池等领域的规模化应用。本制备方法具有工艺简单、成本低廉、环境友好、可重复性强、可大量制备以及具有良好的长周期稳定性等优势。

技术特征：

1.一种sio2-zno异质结修饰锌复合箔阳极zn@zshj的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的sio2-zno异质结修饰锌复合箔阳极zn@zshj的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中去离子水与无水乙醇的体积比为3:1。

3.如权利要求1或2所述的制备方法制备得到的锌复合箔阳极zn@zshj。

4.如权利要求3所述的锌复合箔阳极zn@zshj在水系锌离子电池阳极中的储能应用。

技术总结本发明属于纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种SiO<subgt;2</subgt;‑ZnO异质结修饰锌复合箔阳极Zn@ZSHJ的制备方法及应用，将5 mL正硅酸乙酯（TEOS）滴加到40 mL无水乙醇中搅拌30 min，然后加入120 mL去离子水继续搅拌30 min。将混合溶液和100μm厚的锌箔（4.5 cm×15 cm）转移到200 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中120℃反应36 h。之后取出金属箔，用去离子水清洗，在300℃的管式炉中保持12 h。处理得到的最终产物为Zn@ZSHJ阳极。本发明采用融合策略一步制备高性能的Zn@ZSHJ复合阳极。此制备方法具有工艺简单、成本低、可大量制备等优点，为水系锌离子电池的长寿命阳极的研究和应用提供了一种新型电极材料。技术研发人员：郭东方,张斌,李峰宇,张彬受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25