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上大吳明紅/吳超等Small Methods: 二維陰離子納米片填充的人工保護層實現無枝晶鋅金屬負極

金屬鋅 (Zn) 被認為是水系電池的理想負極材料，但會受到Zn枝晶的生長及其與水系電解液的副反應的阻礙，人工保護層的構建為解決與鋅負極相關的問題提供了一種簡便而有前景的策略。

在此，上海大學吳明紅教授、吳超教授、杜飛虎等人開發了一種人造聚合物基保護層，其中填充了新型2D 吸附Zn²⁺的Sb₃P₂O₁₄^3-（表示為Zn-Sb₃P₂O₁₄）納米片，以調節Zn電沉積。

Zn-Sb₃P₂O₁₄保護層不僅避免了與水系電解液的直接接觸以抑制副反應，而且允許鋅離子快速通過保護層。此外，帶負電荷的二維Sb₃P₂O₁₄^3-骨架也限制了鋅離子沿鋅陽極側面的二維擴散，從而使沉積均勻。

圖1. Zn-Sb₃P₂O₁₄納米片保護層的合成及表征

因此，這種獨特的保護層不僅能夠在200次循環中實現高達99.2% 的鋅電鍍/剝離的高庫倫效率，而且可以使對稱Zn||Zn電池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下維持超過1300小時循環，在10 mA cm^-2和 10 mAh cm^-2下循環450小時。

此外，通過這種受保護的鋅負極與MnO₂正極配對，1 A g^-1下1000次循環后仍可提供111.7 mAh g^-1的放電容量，這為鋅金屬負極制造高效保護層提供了一種新策略。

圖2. Zn||MnO₂全電池的電化學性能

Dendrites-Free Zn Metal Anodes Enabled by an Artificial Protective Layer Filled with 2D Anionic Nanosheets, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100650

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