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金屬鋅被認為是水系鋅離子電池（AZIB）的有前途的負極候選者，然而枝晶和副產物的形成嚴重降低了其可逆性和實際壽命。

在此，中南大學周江教授、華北理工大學何章興教授及日本國立材料科學研究所Shude Liu等人在Zn負極表面構建了聚多巴胺（PDA）層，具有快速去溶劑化和離子限制的雙重作用以實現高效的AZIB。具體而言，作者通過開發一種簡便的刮刀法在鋅負極表面設計了一個均勻的PDA層（Zn@PDA），其中Zn@PDA上的極性官能團（N-H和O-H）顯著提高了Zn負極表面的潤濕性并加速Zn²⁺的轉移動力學。

DFT計算和實驗結果證明，這些官能團在一定程度上可通過快速去溶劑化來減少Zn²⁺周圍的水分子，有利于加速動力學并防止H₂O分解產生氫氣的演化。此外，PDA層對Zn²⁺的沉積具有離子限制作用，可為均勻沉積層的形成提供基礎。

圖1. PDA涂層在Zn負極上的機理示意圖

因此，與裸鋅相比，Zn@PDA在 2.0 mA cm^-2下表現出顯著改善的Zn²⁺沉積動力學（成核電位僅為32.6 mV，而裸鋅為50.2 mV），具有無枝晶表面和可忽略不計的副產物形成。具有PDA涂層的Zn負極表現出比Zn箔（0.27 mA cm^-2）更低的腐蝕電流（0.084 mA cm^-2），這表明 PDA 涂層改善了腐蝕行為。甚至，Zn@PDA//MnO₂電池在0.3 A g^-1下循環500次后的放電容量為138.4 mAh g^-1，即使在1.0 A g^-1的高電流密度下也表現出良好的1000次循環的穩定性能。

此外，Zn@PDA//MnO₂電池在不同電流密度下均顯示出比裸 Zn//MnO₂電池更高的放電容量，這可能是因為PDA涂層限制了枝晶的生長并降低了界面電阻，從而獲得了高倍率性能?？傊@些結果證明了PDA涂層調節枝晶和副反應的有效性。

圖2. Zn@PDA//MnO₂電池的電化學性能

Stabling Zinc Metal Anode with Polydopamine Regulation through Dual Effects of Fast Desolvation and Ion Confinement, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202203523

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?周江/何章興AEM: 聚多巴胺層通過快速去溶劑化+離子限制雙重穩定鋅負極

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