一、引言

近年來，水系鋅基電池（azbs）因其高理論能量密度、本征安全性和低成本等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。然而，金屬鋅負(fù)極在水溶液中的熱力學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)動(dòng)力學(xué)問題一直是制約其實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。為了解決這些問題，研究者們不斷探索新的策略，其中，通過優(yōu)化異金屬界面以提高鋅負(fù)極的性能成為了一個(gè)重要的研究方向。

在探討異金屬界面鋅基水電池（azbs）的熱力學(xué)慣性與動(dòng)力學(xué)指標(biāo)時(shí)，紅外熱成像技術(shù)作為一種先jin的非接觸式溫度測(cè)量手段，為研究者們提供了獨(dú)t的視角和有力的工具。以下將詳細(xì)介紹紅外熱成像技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用。

二、實(shí)驗(yàn)過程

通過fotric科研熱成像儀，規(guī)格:fotric 618c-l29紅外熱像儀可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料表面溫度變化，可生成溫升曲線。評(píng)估材料的導(dǎo)熱率。

fotric 618c科研熱像儀套裝工作示意圖

使用上海堅(jiān)領(lǐng)的Fotric 618c紅外熱像儀結(jié)果表明，在100次循環(huán)前后，bi@zn負(fù)極的溫度分布比裸zn負(fù)極更加均勻，冷卻效率更快，這可以歸因于bi@zn負(fù)極的熱傳遞增強(qiáng)，可以減小熱梯度，避免電極表面局部高溫，從而b證電流分布均勻和zn沉積均勻。3d共聚j激光掃描顯微鏡顯示，循環(huán)前裸zn和bi@zn負(fù)極表面光滑，高度可以忽略不計(jì)。但是，循環(huán)100次后裸zn呈現(xiàn)出較大的zn枝晶，這是由于zn表面的成核位點(diǎn)數(shù)量有限，潤濕性較差，導(dǎo)致zn2+和電荷的持續(xù)積累，從而y導(dǎo)zn沉積不均勻。相反，bi@zn負(fù)極表面上相對(duì)光滑致密，這是由于zn表面潤濕性增強(qiáng)，表面親鋅性好，熱導(dǎo)率提高，促進(jìn)均勻的鋅成核和沉積。原位光學(xué)顯微鏡證明zn負(fù)極在沉積過程中沉積層不均勻，而bi@zn負(fù)極在整個(gè)電沉積過程中沉積均勻和致密，進(jìn)一步證明了bi@zn負(fù)極優(yōu)異的熱導(dǎo)率可以減小熱梯度，避免表面局部高溫，從而可以b證電荷均勻和zn2+分布均勻，從而實(shí)現(xiàn)均勻致密的zn沉積。

圖：原位熱成像和光學(xué)顯微演變分析。(a) 裸zn和(b) bi@zn負(fù)極100次循環(huán)后的紅外熱成像圖像。(c) 裸zn和(d) bi@zn負(fù)極循環(huán)前和循環(huán)100次后的3d clsm圖像。自制透明對(duì)稱電池中(e)裸zn和(f) bi@zn負(fù)極鋅沉積的原位光學(xué)顯微鏡圖像。

三、結(jié)論應(yīng)用前景

在鋅基水電池中，異金屬界面的熱力學(xué)穩(wěn)定性是影響電池性能的關(guān)鍵因素之一。紅外熱成像技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池在充放電過程中的溫度變化，幫助研究者評(píng)估異金屬界面的熱力學(xué)慣性。具體來說，通過紅外熱像圖，可以觀察到電池在不同充放電階段下溫度的變化趨勢(shì)和分布規(guī)律，從而判斷異金屬界面是否具有良h的熱穩(wěn)定性。

針對(duì)金屬鋅負(fù)極在水溶液中的熱力學(xué)穩(wěn)定性差和動(dòng)力學(xué)緩慢等問題，優(yōu)化不同的異質(zhì)金屬和合成溶劑，理論模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于熱力學(xué)惰性和動(dòng)力學(xué)親鋅性，bi@zn負(fù)極可以表現(xiàn)出更高x率。與純鋅負(fù)極相比，從熱力學(xué)角度，bi@zn界面抑制了副反應(yīng)。結(jié)合理論計(jì)算模擬和原位/非原位表征，具有熱力學(xué)惰性和動(dòng)力學(xué)親鋅性的bi@zn界面在10 ma cm⁻²下展示了55 mv的低過電位和4700次循環(huán)壽命，優(yōu)于其他候選金屬界面。這一發(fā)現(xiàn)為高x能水系鋅離子電池的開發(fā)提供了新的思路和方法。