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有害的析氫副反應(yīng)是阻礙鋅金屬負(fù)極在高安全性和低成本可充電水系電池中商業(yè)化應(yīng)用的主要問(wèn)題之一。

在此，中科院北京納米能源所蒲雄研究員與北京科技大學(xué)高磊副研究員等人報(bào)道了一種合金化方法，通過(guò)選擇Sn作為合金元素來(lái)有效抑制Zn金屬負(fù)極的析氫和枝晶生長(zhǎng)，Zn-Sn合金負(fù)極是通過(guò)簡(jiǎn)便的電沉積方法在3D碳?xì)?(CF) 基底上制造的。

結(jié)果表明，合金負(fù)極中適量的Sn增加了析氫能壘，并抑制了析氫副反應(yīng)，這通過(guò)重復(fù)鍍鋅/剝離過(guò)程中產(chǎn)氫的理論模擬和精確定量原位測(cè)量得到了證明，僅為純鋅負(fù)極的一半左右。此外，Sn合金化提供了有利的Zn成核位點(diǎn)，降低Zn成核能壘并促進(jìn)更均勻的Zn沉積。

圖1. Zn-Sn合金電極的表征

因此，這種Zn-Sn合金負(fù)極在對(duì)稱電池的實(shí)際電鍍/剝離電流下提供了大大改善的循環(huán)穩(wěn)定性，即在5 mA cm^-2下和35.2% 的高放電深度（DOD）下穩(wěn)定循環(huán)240小時(shí)以上。

在Zn-V₂O₅軟包電池中進(jìn)一步證明了合金負(fù)極的優(yōu)越性，軟包電池可以為電子表供電20分鐘且在彎曲90° 后也能保持電子手表正常工作，表現(xiàn)出出色的柔韌性。這項(xiàng)工作為穩(wěn)定可充電水系電池中的鋅金屬電極提供了一種切實(shí)可行的策略。

圖2. Zn-V₂O₅軟包電池的性能演示

Sn Alloying to Inhibit Hydrogen Evolution of Zn Metal Anode in Rechargeable Aqueous Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202108533

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蒲雄/高磊AFM：錫合金抑制可充電水系電池中鋅金屬負(fù)極析氫和枝晶

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