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?過程所/BNL/上交PNAS：通過識別鋅電池的最佳晶面抑制金屬腐蝕

直接使用金屬作為電池負極可顯著提高能量密度，但其循環有限。研究提出可通過定向調節來緩解金屬在沉積過程中形成隨機形態的傾向，例如，通過外延電沉積水平鎖定六邊形鋅板或通過鋅/電解質界面調制垂直排列。由于（002）晶面的表面能最小，目前的策略集中在（002）晶面獲得沉積。

在此，中國科學院過程工程研究所張鎖江，布魯克海文實驗室胡恩源，上海交通大學羅加嚴等人通過制作一系列具有可調紋理的鋅負極來檢驗傳統理論。作者發現，雖然單晶（002）晶面鋅電極確實具有最高的臨界電流密度，但具有垂直排列沉積物的（100）晶面電極在抑制鋅金屬腐蝕方面最為重要，而且由于（100）晶面電極的電化學表面積最小，因此具有最佳的可逆性。這種對結構-性能關系的基本認識可能會為先進電池材料的設計帶來突破。

圖1. 單晶鋅的不同晶面

總之，該工作展示了結晶學工程工具，以追求和開發能夠可逆沉積/剝離的金屬負極，否則在電池中會被忽視。雖然這項工作證明了鋅電池系統的可行性和成功，這對可持續能源至關重要。此外，該工作建立的方法可以普遍擴展到探索各種金屬負極，為解決下一代電池材料的基本結構-性能關系和性能挑戰提供了一條途徑。

圖2. 電沉積模式和降解機理

Suppressing metal corrosion through identification of optimal crystallographic plane for Zn batteries， Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2024 DOI: 10.1073/pnas.2309981121

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