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?西湖大學(xué)姜漢卿AEM：通過在優(yōu)選晶面上均勻沉積鋅實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)定鋅金屬負(fù)極

由于無法控制的鋅枝晶生長和有害的寄生反應(yīng)，鋅金屬電池（ZMB）的電化學(xué)性能不盡如人意，嚴(yán)重阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。

圖1. 鋅沉積行為示意圖

西湖大學(xué)姜漢卿等首次報(bào)道了一種穩(wěn)定的刻面銅基底，即通過簡單的濕法蝕刻工藝，在其表面形成了優(yōu)先暴露的晶面。具體來說，通過選擇性蝕刻工藝形成的（100）晶相暴露的Cu電極顯示出有效降低的能壘和對Zn金屬成核的強(qiáng)吸收能，從而實(shí)現(xiàn)了無枝晶的光滑表面。相比之下，原來以（111）晶相為主的銅電極會出現(xiàn)明顯的枝晶，鋅沉積也極不均勻。

此外，為了進(jìn)一步提高電化學(xué)性能，作者還結(jié)合光刻和濕法蝕刻工藝設(shè)計(jì)并制作了比表面積更大、空間更充足的三維切線親鋅半球凹面。選擇性蝕刻工藝產(chǎn)生的半球形孔不僅有助于降低循環(huán)過程中的能量障礙，還能使鋅離子分布均勻，從而實(shí)現(xiàn)金屬鋅的均勻沉積。

圖2.?刻面銅微球電極和原始銅上的鋅沉積行為

得益于親鋅位點(diǎn)和三維導(dǎo)電宿主的協(xié)同，刻面銅半球形電極可在1 mAh cm^-2、5 mA cm^-2下的1500次循環(huán)中實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定和可逆的鋅沉積/溶解，平均庫侖效率（CE）高達(dá) 99.9%。即使是在10 mA cm^-2和5 mAh cm^-2的高鋅容量下，它也可以在200次循環(huán)后提供98.9%的CE。

更重要的是，與CNTs/聚苯胺插層氧化釩（PVO）正極耦合的全電池表現(xiàn)出相當(dāng)長的循環(huán)壽命，高達(dá)1000次循環(huán)，并提高了出色的倍率性能。這項(xiàng)工作將為合理設(shè)計(jì)具有豐富親鋅位點(diǎn)的無枝晶鋅負(fù)極帶來潛在的想法和靈感，以促進(jìn)ZMB的實(shí)際應(yīng)用。

圖3.?電化學(xué)性能研究

Ultra-Stable Zinc Metal Anodes Enabled by Uniform Zn Deposition on A Preferential Crystal Plane. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202302205

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