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康飛宇/王建淦EES: 超穩定的鋅負極，4.25 Ah cm-2的超高累積鍍層容量！

可充電水系鋅金屬電池由于其低成本、高安全性和生態友好性等優點，為下一代電網規模的儲能提供了令人興奮的前景。然而，金屬鋅負極的有害腐蝕和枝晶問題嚴重減緩了其商業化步伐。

圖1. Zn-PA@Zn負極的制備及表征

在此，西北工業大學王建淦教授、清華大學深圳研究生院康飛宇教授等人提出了一種通用的多功能金屬-有機復合界面策略導致快速均勻的鋅沉積，從而實現長壽命的鋅金屬電池。其中，植酸（PA）作為一種從谷物中提取的天然低成本有機分子，被選為具有代表性的有機連接劑構建多功能金屬-PA復合界面。有機 PA 分子由6個磷酸基團組成，與多種金屬離子具有很強的配位作用，形成了一個堅固的金屬-PA交聯網絡。

此外，磷酸根的內在表面結合親和力使Zn-PA復合界面能夠原位錨定在金屬Zn基底表面上。研究表明，Zn-PA界面層具有高度親鋅性，可實現平滑的3D擴散、高Zn²⁺遷移數、低極化電阻、均勻的界面電場分布和較低的Zn²⁺去溶劑化勢壘，從而導致快速無枝晶的Zn沉積并有效地抑制了臭名昭著的副反應。

圖2. Zn-PA@Zn上Zn²⁺沉積的光學觀察及沉積機制

因此，基于上述優點，Zn-PA@Zn||Cu半電池在2 mA cm^-2下800次循環的初始CE為88.3%，平均CE為99.9%。更重要的是，基于Zn-PA@Zn的對稱電池在5 mA cm^-2和2.5 mAh cm^-2的條件下實現了超過1700小時的出色耐久性，具有約35 mV的低電壓滯后和可忽略的電壓波動。甚至，該對稱電池在5 mA cm^-2下實現了4.25 Ah cm^-2的超高累積鍍層容量（CPC），在報道的記錄值中處于最高水平。

此外，Zn-PA@Zn//MnO₂全電池在2 A g^-1下600次循環后仍保持150 mAh g^-1的可逆容量，且柔性Zn-PA@Zn//MnO₂電池也具有優異的機械耐久性，展示了其在未來生活中的廣闊應用前景。總之，這項工作為合理設計用于高性能水系鋅金屬電池的穩定金屬負極開辟了新的道路。

圖3. Zn-PA@Zn//MnO₂全電池性能及應用展示

Navigating fast and uniform zinc deposition via a versatile metal-organic complex interphase, Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/D2EE00209D

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