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忻獲麟AEM：自加速陽離子遷移實現(xiàn)超高倍率和長壽命鋅金屬負極

水系鋅離子電池因其顯著的高安全性和可持續(xù)性而受到前所未有的關(guān)注，但由于反應(yīng)界面處的隨機離子擴散和緩慢的離子補充，它們的壽命在很大程度上受到鋅金屬負極不良可逆性的限制。

美國加州大學(xué)歐文分校忻獲麟等人提出了一種用于鋅金屬負極的富含隧道和電暈極化的鐵電聚合物-無機復(fù)合薄膜涂層，以同時緩解不均勻的陽離子擴散和緩慢的陽離子補充問題。

經(jīng)驗證，額外的極化處理可以最大限度地提高沿指定極化方向的壓電性，這使得極化涂層內(nèi)的鋅離子遷移速度比未處理涂層內(nèi)或裸鋅表面上更快。結(jié)果表明，與未經(jīng)處理的鐵電涂層和裸鋅相比，極化鐵電涂層在沉積過程中可以更好地分散和自加速離子在涂層/鋅界面處的遷移，從而即使在超高倍率下也能實現(xiàn)緊湊且水平排列的鋅形態(tài)。

結(jié)果，表面改性的鋅金屬負極實現(xiàn)了超過 6500 mAh cm^-2（10 mA cm^-2）的最大累積沉積容量，顯示出非凡的Zn沉積/剝離可逆性。此外，所構(gòu)建的水系Zn||MnO₂電池在 3 mA cm^-2下1000 次循環(huán)中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性。這項工作為在界面離子擴散尺度上穩(wěn)定鋅金屬電沉積提供了新的見解。

忻獲麟AEM：自加速陽離子遷移實現(xiàn)超高倍率和長壽命鋅金屬負極

圖1. 極化BaTiO₃涂層鋅的設(shè)計和表征

忻獲麟AEM：自加速陽離子遷移實現(xiàn)超高倍率和長壽命鋅金屬負極

圖2. 極化BaTiO₃涂層修飾的Zn 上Zn沉積圖案

Ultrahigh-Rate and Long-Life Zinc–Metal Anodes Enabled by Self-Accelerated Cation Migration. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202100982

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