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?港理工張標(biāo)AFM：可規(guī)模生產(chǎn)！用于穩(wěn)定鋅粉負(fù)極的半液態(tài)電極

與鋅箔負(fù)極相比，鋅粉負(fù)極具有很大的通用性，但具有高表面積的粗糙表面加劇了腐蝕和枝晶生長。

在此，香港理工大學(xué)張標(biāo)教授等人通過將鋅粉與雙導(dǎo)電（離子和電子）聚乙二醇 (PEG)-Zn²⁺/碳復(fù)合基底混合來設(shè)計半液態(tài)負(fù)極（SLA）。首先，將商業(yè)鋅微粒和Super P添加到含有高氯酸鋅六水合物（質(zhì)量比= 2:1）的PEG（MW = 400）中。隨后，將混合物研磨形成均勻的膠體分散體并涂在不銹鋼上以形成SLA。半液態(tài)材料是金屬顆粒和液體等特定含量的兩相物質(zhì)直接混合而成的非牛頓流體，這種均勻的膠體分散體表現(xiàn)出振動時的流動性和類似液體的流變（剪切稀化）特性。

研究表明，SLA的主要特征包括以下幾個方面：i）SLA具有剪切應(yīng)變的流變特性，可有效消除應(yīng)力并誘導(dǎo)無枝晶Zn沉積；ii）雙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)使Zn²⁺通量均勻化并誘導(dǎo)剝離/電鍍發(fā)生在電極的整個體積內(nèi)；iii）SLA中的PEG具有防腐特性；iv）簡單的制造技術(shù)和具有成本效益的原材料有利于擴(kuò)大應(yīng)用。

圖1. SLA的耐腐蝕性和沉積行為

因此，在5 mA cm^-2、5 mAh cm^-2條件下，SLA和鋅箔負(fù)極的循環(huán)壽命分別為450 和50小時。甚至在10 mA cm^-2、10 mAh cm^-2條件下，SLA仍可正常工作超過100小時。此外，與其他報道的基于鋅粉的負(fù)極相比，SLA 在5和10 mA cm^-2下分別可實(shí)現(xiàn)2250和1000 mAh cm^-2的令人印象深刻的累積容量。同時，Cu//SLA 電池在5 mA cm^-2下可提供98.5%的高平均CE及在短暫的激活過程后穩(wěn)定的過電位，優(yōu)于使用鋅箔和鋅粉的電池。

更重要的是，基于SLA負(fù)極與釩基正極耦合組裝的全電池即使在10 A g^-1下經(jīng)過5000次循環(huán)后仍保持接近120 mAh g^-1的容量。總之，這項(xiàng)研究提出的方法有望進(jìn)一步擴(kuò)展到其他具有粉末活性材料的金屬電池系統(tǒng)。無需復(fù)雜的化學(xué)處理，這種負(fù)極合成的簡單性使其對潛在的放大生產(chǎn)極具吸引力。

圖2. 與釩基正極耦合組裝的全電池性能

A Semi-Liquid Electrode toward Stable Zn Powder Anode, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202210290

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