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金屬鋅是一種低成本、高安全性的水系儲能裝置負極材料。然而，由于不可控的枝晶生長和副反應導致庫侖效率低和壽命不理想，嚴重阻礙了其商業應用。

為了克服上述限制，湖南大學劉洪波教授、李潤副教授等人構建了由沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）修飾的氧化石墨烯（GO）和PVDF組成的多功能保護層（ZGL），從而實現Zn²⁺在超?。?0μm）鋅負極上的沉積行為調節。研究表明，ZGL的存在可以有效地將活性鋅金屬與電解液隔離，從而最大限度地減少副反應（即腐蝕和析氫反應），使鋅負極在整個循環過程中具有出色的電化學穩定性。

更令人印象深刻的是，電化學表征、DFT計算和原位光學顯微鏡表征顯示，ZIF-8、GO和Zn之間的高結合能賦予了ZGL對Zn²⁺的顯著捕獲能力，從而確保了無枝晶的Zn沉積。

圖1. 電化學表征、DFT計算和原位光學顯微鏡表征

因此，開發的ZGL@Zn負極在半電池配置中循環1450次后表現出極高的平均庫侖效率，達到 99.6%。此外，該負極可在對稱電池中穩定運行超過2400小時，在10 mA cm^-2的電流密度下累積容量為12000 mAh cm^-2，這也是在10 mA cm^-2時所報道的最高累積容量。

即使具有42.7% 和85.5% 的高放電深度（DOD），ZGL@Zn對稱電池仍然分別提供超過560和250小時的長期循環。將所得ZGL@Zn負極組裝成Zn||活性炭（AC）混合電容器和Zn||MnO₂電池時，可實現分別穩定運行超過13500和1200次循環。這項工作為設計用于水系鋅離子電池和混合電容器的高度穩定和耐用的鋅金屬負極提供了一個有價值的平臺。

圖2. Zn||AC混合電容器和Zn||MnO₂電池的性能

Ultra-stable and Deeply Rechargeable Zinc Metal Anode Enabled by a Multifunctional Protective Layer, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.02.040

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劉洪波/李潤EnSM: 多功能保護層實現的超穩定/可深度充電的鋅金屬負極

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