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當下普遍認為高電流倍率（J）會加速枝晶的形成，從而縮短了金屬負極的循環壽命，這是根據Sand’s時間（τ）與J²成反比得出的。然而最近有報道在鋅金屬負極中高J值下循環性能的提高，表明J值對金屬電極穩定性的影響并不簡單，但缺乏系統的研究，導致其基本機制難以確定。

在此，香港理工大學張標教授等人以Zn金屬負極為模型系統，報道了升高的J和沉積/剝離穩定性之間的異常關聯（遞減-增加-遞減），導致在適度的J下沉積/剝離循環的穩定性相對最大。

互補的理論和實驗分析表明，這種復雜的關系在于高J的“雙刃劍”（不利的動力學和有益的熱力學特性）。一方面，由于電極表面離子快速耗盡，高J降低了τ從而降低了循環穩定性；另一方面，高J提供了更大的額外能量，加快了成核速率（ν_n），有助于在初始階段實現均勻的鋅沉積。

圖1. 用于延長Zn負極循環性能的IHJ策略

基于這些發現，作者開發了一種初始高J放電策略（IHJ）以產生豐富的晶核，以便在后續工藝中以標準J均勻生長金屬。這種策略使得在1 mAh cm^-2的循環容量下將 Zn沉積/剝離的循環壽命從303小時增加到2500小時，而無需依賴于電極/電解液改性。

此外，這樣的概念可以很容易地擴展到具有顯著提高循環壽命的Li/Na/K金屬負極，證明其在開發高性能金屬電池方面具有普遍性。這項工作將為J對金屬負極電鍍/剝離過程的影響提供新的見解，并通過簡單地操縱放電/充電協議來促進金屬電池的發展。

圖2. IHJ方法對Li/Na/K金屬負極的通用性

Unraveling the Rate-Dependent Stability of Metal Anodes and Its Implication in Designing Cycling Protocol, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107584

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香港理工張標AFM: 顛覆傳統！“適度”的電流倍率讓金屬負極更長久！

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