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具有低成本、高容量、環保特性的金屬鋅被認為是用于水系儲能裝置有吸引力的負極材料。然而，枝晶生長和嚴重的副反應限制了鋅金屬負極的發展。許多三維（3D）主體被廣泛探索以解決這些問題，但將鋅金屬預存儲到結構化電極中是具有挑戰性的。

北京理工大學陳人杰等首次報道了一種熱灌注策略來制造穩定的復合鋅基負極。

圖1 材料制備及表征

具體而言，這項工作通過采用多孔銅(PCu)主體的一步熔體灌注策略預存儲鋅金屬來制備復合負極。所獲得的PCu@Zn電極具有多層結構、致密和平坦的表面，進一步通過整合各種原位/非原位測試技術的表征，作者發現復合負極由于大的電極/電解液接觸面積和CuZn₅合金層能夠實現穩定的沉積/剝離形態。同時，在金屬鋅表面形成的ZnO層抑制了循環過程中的析氫反應（1.8 mmol h^-1 cm^-2）和鈍化。

圖1 對稱電池性能

結果，即使在10 mA cm^-2的高電流密度下，PCu@Zn//PCu@Zn對稱電池也表現出1000次無枝晶循環，過電位僅為44 mV。此外，基于PCu@Zn負極和LiMn₂O₄（LMO）正極的全電池具有出色的倍率性能（73 mAh g^-1），遠高于裸鋅基電池（54 mAh g^-1）。

更有希望的是，水系LMO//PCu@Zn軟包電池在300次循環后仍顯示出超過94 mAh g^-1的容量保持。相反，基于裸鋅金屬負極的類似電池在200次循環后僅保持68 mAh g^-1容量。該研究提出了一種用于水系鋅離子電池的創新鋅負極結構和可擴展的預儲存金屬鋅方法。

圖3 全電池性能

Establishing Thermal Infusion Method for Stable Zinc Metal Anodes in Aqueous Zinc-ion Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200782

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北理陳人杰AM：首次報道熱灌注策略制備穩定的鋅金屬負極

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