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?曹國忠/宗泉/張啟龍ACS Energy Lett.：基于介電有機無機涂層的無枝晶高穩定鋅金屬負極

水系可充鋅金屬電池由于其高理論容量、高安全性和低成本而獲得了越來越多的關注。然而，它們的商業化一直受到由副反應和枝晶生長在鋅負極上引起的快速循環惡化的阻礙。

圖1 有機無機薄膜的制備及表征

華盛頓大學曹國忠、中國計量學院宗泉、浙江大學張啟龍等探討了一種具有疏水表面的介電有機無機薄膜，以規避這些問題并抑制枝晶在鋅負極上的生長。具體而言，作者在Zn負極表面設計了一種由P(VDF-TrFE)和BaTiO₃納米顆粒（BTO/PVT@Zn）組成的新型復合膜，它可以防止表面腐蝕并促進Zn均勻沉積。

其中，BaTiO₃的表面被來自α-萜品醇溶液的-OH修飾（α-BaTiO₃），以研究親水性對副反應和Zn沉積的影響。研究顯示，與親水的α-BTO/PVT薄膜相比，這種疏水性薄膜被認為有利于隔離活性水以抑制副反應，并降低[Zn(H₂O)₆]²⁺的解溶劑化能以加速鋅離子的沉積動力學。

圖2 半電池性能

此外，BTO/PVT層的三維滲流網絡將引導快速而均勻的Zn²⁺-離子通量，并適應顯著的體積變化。這種介電薄膜可以提供薄膜和鋅金屬之間的局部靜電相互作用，以誘導鋅離子的均勻分布，并促進鋅沿鋅表面的橫向生長。

由此產生的BTO/PVT@Zn負極表現出較長的壽命（在1 mA cm^-2時為3000小時）和較高的CEs（～99.6%），顯示了高可逆性和穩定性。此外，BTO/PVT@Zn||NH₄V₄O₁₀全電池也表現出更好的循環穩定性。

圖3 全電池性能

Dendrite-Free and Highly Stable Zn Metal Anode with BaTiO3/P(VDF-TrFE) Coating. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01017

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