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?三單位EES：調(diào)控靜電場，實現(xiàn)高倍率和無枝晶鋅金屬負極

由于鋅金屬/電解質(zhì)界面的不穩(wěn)定性，以及同時發(fā)生的寄生反應和枝晶生長，會導致低庫侖效率（CE）和短循環(huán)壽命，鋅（Zn）金屬電池的商業(yè)化受到嚴重阻礙。

圖1 Zn²⁺通量在不同基底上的沉積行為示意圖

阿德萊德大學郭再萍、Mao Jianfeng、江蘇師范大學王慶紅、揚州大學薛攀等報告了一種通過電解液添加劑-四氨基酞菁鈷（Co(TAPC)）建立的靜電場層（EFL），以消除這些缺點。

這項工作通過實驗表征和理論計算相結合的方法證實，具有平面和大共軛環(huán)結構的Co(TAPC)優(yōu)先吸附在Zn金屬負極上，形成親鋅的EFL，這可阻止Zn和水的直接接觸，抑制副反應，同時促進脫溶劑化和Zn²⁺擴散動力學，平衡空間電場，從而實現(xiàn)了高倍率和無枝晶的Zn沉積。

圖2 電解液表征

結果，基于該添加劑，鋅金屬負極在50 mA cm^-2的電流密度下具有8000次以上的超長循環(huán)壽命，在5 mAh cm^-2、10 mA cm^-2的苛刻測試條件下具有較高的CE值。此外，Co(TAPC) EFL在Zn||MnO₂全電池中的應用也得到了證實，其在2000 mA g^-1的高電流密度下，表現(xiàn)出5000次循環(huán)的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性。

總體而言，親鋅EFL的構建實現(xiàn)了鋅金屬電池在水系電解液中的均勻無枝晶沉積，為設計高性能金屬電池的穩(wěn)定金屬負極開辟了一條途徑。

圖3 電化學性能研究

Engineering an Electrostatic Field Layer for High-Rate and Dendrite-Free Zn Metal Anode. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee01724a

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