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ACS Energy Lett.：洞察無枝晶鋅金屬負(fù)極表面親水性的關(guān)鍵作用

鋅金屬負(fù)極的長期問題，例如臭名昭著的鋅枝晶生長以及連續(xù)的副反應(yīng)和腐蝕反應(yīng)，阻礙了水系鋅離子電池(ZIBs)的商業(yè)化。

韓國工業(yè)技術(shù)研究院（KITECH）Chanhoon Kim等人證明Zn沉積形態(tài)與Zn負(fù)極的表面親水性密切相關(guān)，增強(qiáng)的表面親水性允許更均勻的Zn²⁺通量穿過Zn表面，從而導(dǎo)致均勻的Zn沉積和成核而沒有枝晶生長。

了解上述考慮后，作者通過構(gòu)建薄而親水的人工固體電解質(zhì)界面(SEI)層成功地穩(wěn)定了Zn負(fù)極。通過簡單且可擴(kuò)展的浸涂方法在Zn負(fù)極表面上進(jìn)行（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷（APTES）的共形硅烷化可以形成薄（~500 nm）、親水和高度均勻的人造SEI層。

人工SEI層不僅有效地消除了枝晶生長，而且還抑制了寄生副反應(yīng)和腐蝕反應(yīng)，即使在非常高的面電流密度和容量（20 mA cm^–2/ 5 mAh cm^–2）。因此，實現(xiàn)了高度耐用的循環(huán)穩(wěn)定性（1 A g^-1下3000次循環(huán)）。

圖1 不同的Zn沉積形貌及示意圖

更重要的是，作者進(jìn)一步證實了該方法的可擴(kuò)展性。通過相同的簡單浸涂方法在擴(kuò)大的Zn負(fù)極（176 cm²）上成功形成了人造SEI層，其有助于實現(xiàn)具有68 mAh極高標(biāo)稱容量和在1 A g^-1下循環(huán)300次后容量保持率為94%的大型全電池。

這項工作的研究結(jié)果為通過可擴(kuò)展的方法穩(wěn)定鋅負(fù)極提供了深入的見解，并為開發(fā)具有可靠性能的大規(guī)模水系儲能系統(tǒng)做出了重大貢獻(xiàn)。

圖2 大型全電池性能

Insight into the Critical Role of Surface Hydrophilicity for Dendrite-Free Zinc Metal Anodes. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01521

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