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抑制鋅金屬負極嚴重的水誘導的副反應(yīng)和不可控的枝晶生長，對于水系鋅金屬電池實現(xiàn)超長循環(huán)壽命和促進其實際應(yīng)用至關(guān)重要。

圖1. HZTO@Zn的作用及表征

中科大余彥、姚雨等提出了一個多尺度（電子-晶體-幾何）結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念，以精確構(gòu)建空心非晶態(tài)ZnSnO₃立方體（HZTO）來優(yōu)化鋅金屬負極。由HZTO（HZTO@Zn）修飾的Zn電極表現(xiàn)出獨特的優(yōu)點：

i）在電子結(jié)構(gòu)方面，Sn元素的引入可以增強O和H原子之間的相互作用，改善析氫的能量屏障；

ii）在晶體結(jié)構(gòu)方面，無定形的ZnSnO₃具有豐富的親鋅位點，可以緩解濃度極化，誘導均勻成核；

iii）在幾何結(jié)構(gòu)方面，中空的ZnSnO₃有效地縮短了固態(tài)離子的擴散距離，提高了Zn²⁺的擴散動力學。

圖2. 半電池性能

HZTO的這些協(xié)同優(yōu)勢可以抑制副作用，加速Zn²⁺的遷移，從而實現(xiàn)無枝晶的Zn沉積/剝離。因此，HZTO@Zn對稱電池在2 mA cm^-2的條件下可提供超過6900小時的超長循環(huán)壽命，而在5 mA cm^-2的較高電流密度下可提供3500小時。

此外，HZTO@Zn||V₂O₅全電池在5 A g^-1的情況下，在1100次循環(huán)后表現(xiàn)出99.3%的出色容量保持率。更重要的是，HZTO@Zn|| V₂O₅軟包電池在1 A g^-1的條件下呈現(xiàn)出120.6 Wh kg^-1的競爭性能量密度，凸顯了其在大規(guī)模儲能設(shè)備中的巨大潛在價值。

圖3. HZTO@Zn||V₂O₅全電池及軟包電池性能

Multi-scale Structure Engineering of ZnSnO3 for Ultra-long-life Aqueous Zinc-Metal Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202208764

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