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水系锌金属电池具有安全性高、成本低廉和环境友好等优点,在大规模储能领域展现出广阔的应用前景。另外,锌金属负极因具有高理论容量(820 mAh g-1,5855 mAh cm-3),低氧化还原电位、资源丰富等优点,被认为是构建高性能水系锌金属电池的极具潜力的负极材料。然而,锌负极面临不可控的枝晶生长和副反应等问题,最终导致锌负极的库伦效率低和循环稳定性不佳,严重制约了锌金属电池的实际应用。目前,多种有效策略被广泛应用于提高锌负极的循环寿命,包括调控界面层,设计多功能主体,优化电解液,以及改性隔膜等。其中,构建多功能的人造界面层是一种调控锌沉积并抑制锌枝晶生长和副反应的有效方法,有望提高锌负极的库伦效率和循环寿命。
近日,香港城市大学楼雄文教授和内蒙古大学谷晓俊教授等人报道了一种基于植酸(PA)-ZnAl配位化合物的人造界面层,有效抑制锌枝晶生长和副反应,进而提高锌负极的库伦效率和循环稳定性。实验结果表明,PA-ZnAl界面层可降低锌成核过电势,加速水合锌离子的去溶剂化过程,并提高锌离子迁移数,从而实现均匀无枝晶的锌沉积。此外,PA-ZnAl保护层可抑制H2析出、锌腐蚀和副产物生成,提高锌沉积溶解的反应可逆性和循环稳定性。因此,Zn@PA-ZnAl电极在10 mA cm-2电流密度下可稳定循环1500圈,平均库伦效率为99.3%。基于Zn@PA-ZnAl的对称电池在2 mA cm-2,2 mAh cm-2时的循环寿命达到2000 h,明显优于Zn和Zn@PA-Zn电极。即使在10 mA cm-2的电流密度和56.5%的放电深度时,该对称电池仍可稳定循环300 h。此外,组装的Zn@PA-ZnAl//MnO2电池也表现出良好的倍率性能和循环稳定性。这项工作有望为设计和开发无枝晶、长寿命的锌负极提供新思路。 论文信息 Zincophilic Interfacial Manipulation against Dendrite Growth and Side Reactions for Stable Zn Metal Anodes Dr. Yinxiang Zeng, Zhihao Pei, Dr. Yan Guo, Dr. Deyan Luan, Prof. Xiaojun Gu, Prof. Xiong Wen (David) Lou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202312145

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