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哈工大張乃慶/張宇A(yù)M：(101)紋理鋅金屬負(fù)極實(shí)現(xiàn)水系鋅離子電池的長(zhǎng)壽命和高容量

水系鋅金屬電池因其安全性高、成本低而被認(rèn)為具有儲(chǔ)能潛力。然而，鋅電池的實(shí)際應(yīng)用受到枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)的限制。外延生長(zhǎng)被認(rèn)為是穩(wěn)定鋅陽(yáng)極的有效方法，特別是對(duì)控制沉積鋅的（002）平面。然而，（002）紋理鋅由于其大的晶格畸變和不均勻的電場(chǎng)分布，難以在高容量下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)。

圖1. (101)-Zn的制備示意

哈爾濱工業(yè)大學(xué)張乃慶、張宇等構(gòu)建了一種具有高度（101）紋理的新型鋅陽(yáng)極（簡(jiǎn)稱為(101)-Zn）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合理論計(jì)算表明，(101)-Zn具有很強(qiáng)的外延效應(yīng)，可確保在高面容量下實(shí)現(xiàn)較小的晶格畸變循環(huán)。與（002）紋理鋅相比，盡管該循環(huán)在低面容量下取得了良好的效果，但失配程度的積累和電場(chǎng)分布的不均勻?qū)е铝似湓诟呙嫒萘肯碌难h(huán)失敗。此外，(101)- Zn晶界面積的減小與其高析氫演化能壘相結(jié)合，可有效保持電極界面的pH值穩(wěn)定性，抑制副反應(yīng)的發(fā)生。

圖2.?半電池性能

因此，(101)-Zn對(duì)稱電池在1至40 mA cm^-2的不同電流密度下均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，甚至達(dá)到了10.7 Ah cm^-2的超高累積容量，并且在5300小時(shí)（2 mAh cm^-2，4 mA cm^-2）和330小時(shí)（10 mAh cm^-2，15 mA cm^-2）內(nèi)表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。此外，組裝的Zn//MnO₂全電池也表現(xiàn)出超過(guò)1000次循環(huán)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定性。

圖3.?全電池性能

Construct Robust Epitaxial Growth of (101) Textured Zinc Metal Anode for Long Life and High Capacity in Mild Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202305988

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