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?陳立寶/陳月皎AFM：超穩(wěn)定鋅負極，全電池循環(huán)達2500次！

為解決不可控的鋅枝晶和嚴重的副反應(yīng)而構(gòu)建人工界面層是一個非常理想的策略，但它往往受到有限的Zn²⁺傳輸?shù)淖璧K。

中南大學陳立寶、陳月皎等通過對聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜進行碳化處理，在銅集流體上設(shè)計了一種具有離子傳導性和電子絕緣性的氟摻雜無定形碳界面層，以用于均勻Zn沉積。

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圖1. 材料制備及表征

這樣的CF層在沉積的鋅和電解液之間起到了保護性人工界面的作用，有效地抑制了枝晶的形成和副反應(yīng)，從而保證了高界面穩(wěn)定性。它可以總結(jié)為以下幾個優(yōu)勢：

1）均勻的F原子作為親鋅位點，可調(diào)節(jié)Zn²⁺通量的均勻分布，并吸引離子遷移；

2）高離子傳導性和電絕緣性保證了CF層下預(yù)沉積的金屬鋅，有效抑制了副反應(yīng)和樹枝狀結(jié)晶的形成；

3）由Zn²⁺和F位點形成的部分ZnF₂作為人工固體Zn²⁺導體，進一步引導均勻的Zn沉積；

4）CF層調(diào)節(jié)Zn成核，使Zn(002)面優(yōu)先生長，形成平面生長，從而減少Zn與電解液的接觸面積。

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圖2. 半電池性能

因此，基于Zn||CF-Cu的半電池顯示出非凡的循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為2 mA cm^-2和容量為1 mAh cm^-2的情況下，可循環(huán)1900次，CE值高達99%。而且基于CF-Cu@Zn的對稱電池以更低的電壓極化實現(xiàn)了長達2200小時的循環(huán)，這幾乎是Cu@Zn的6倍。

此外，與V₂O₅正極匹配的全電池在電流密度為1 A g^-1時表現(xiàn)出≈370 mAh g^-1的可逆容量，并且在1200次循環(huán)后容量保持率為89%，CE高達≈100%。即使在3 A g^-1的高電流密度下，基于CF-Cu@Zn的全電池也顯示出2500次循環(huán)的優(yōu)異穩(wěn)定性。總之，這項工作為設(shè)計穩(wěn)定的無枝晶金屬電池的人工界面層提供了靈感。

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圖3. 全電池性能

A Multifunctional Artificial Interphase with Fluorine-Doped Amorphous Carbon layer for Ultra-Stable Zn Anode. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205600

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