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鋅金屬負極被認為是水基鋅基電池最有前景的負極選擇之一。然而，樹枝狀結構和錯綜復雜的副反應阻礙了它的應用。近日，天津大學張伊放（通訊作者）和中南大學潘安強（通訊作者）等人在知名期刊Adv. Funct. Mater.上發表了題為“Anti-Corrosive and Zn-Ion-Regulating Composite Interlayer Enabling Long-Life Zn Metal Anodes”的研究性論文。

裸鋅(左)和具有PSN涂層的鋅(中)上的Zn沉積/脫出行為示意圖

作者引入了一種彈性防腐夾層來解決這一問題。利用非晶態和納米結構氮化硅(Si₃N₄)獨特的介電行為，將其顆粒均勻分散在聚丙烯腈(PAN)中，制備了一層附著在金屬鋅上的中間層(PSN-Zn)。PAN作為彈性約束抑制了枝晶的劇烈演化，阻止了H₂O/O₂的腐蝕，而高介電常數的Si₃N₄有利于離子動力學，并提供了均勻的Zn沉積。

裸Zn和Zn-PSN箔在2 M ZnSO₄電解液中的腐蝕特性

在1 mA cm^?2時，鋅負極的電化學穩定性和沉積一致性大大提高，壽命可達800 h以上。即使在苛刻的深放電(DOD_Zn=60%)和高電流密度(10 mA cm^?2)下，鋅負極仍能穩定工作250 h以上，并通過實驗和理論模擬對其介電性能的影響進行了系統的討論和驗證。

材料的電化學性能研究

Anti-Corrosive and Zn-Ion-Regulating Composite Interlayer Enabling Long-Life Zn Metal Anodes(Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202104361)

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天大張伊放/中南潘安強AFM:長壽命鋅金屬負極防腐鋅離子調節復合中間層

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