水系鋅電是新一代儲能設(shè)備有前途的候選者。然而，鋅枝晶的生長是其商業(yè)化發(fā)展的主要障礙。

在此，鄭州大學(xué)上媛媛&北京大學(xué)曹安源等人提出了一種磷摻雜策略來制備高鋅親和力的C₃N₄耦合碳納米管3D框架(PCN-S)。P的添加促進(jìn)了Zn的有效結(jié)晶，從而在PCN-S表面形成了“混凝土板”狀的鋅層。此外，P摻雜3D框架具有獨(dú)特的“釋放效應(yīng)”，有助于電池在大電流下更穩(wěn)定的循環(huán)。

圖1. 充放電鋅儲存機(jī)理分析

總之，該工作采用磷摻雜策略來激活C₃N₄封裝的碳納米管海綿骨架，其具有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。首先，受磷活化效應(yīng)的影響，Zn與3D骨架的復(fù)合材料從純Zn(101)轉(zhuǎn)變?yōu)閆n(101)和Zn(002)的混合復(fù)合層。其次，P摻雜的3D框架在循環(huán)過程中具有獨(dú)特的“釋放效應(yīng)”。隨著循環(huán)電流的增加，3D框架的存在有效地減輕了鋅層的離子傳輸壓力，從而增強(qiáng)了Zn@PCN-S電極對高電流的耐受性。

結(jié)果顯示，Zn@PCN-S//Zn@PCN-S 在1~50 mA cm^-2的各種電流密度下具有優(yōu)異的循環(huán)性能。此外，具有Zn@PCN-S負(fù)極的水系鋅全電池表現(xiàn)出出色的循環(huán)性能和穩(wěn)定的庫侖效率。因此，Zn@PCN-S復(fù)合電極的制備可以為解決鋅負(fù)極的關(guān)鍵問題提供理想的解決方案，并為金屬鋅電池的商業(yè)應(yīng)用提供重要的見解。

圖2. 電池性能

Phosphorous-Doping Strategy Enabled “Concrete-Slab”-Like Zn Layer for Highly Stable 3D Composite Anode, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302395