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盧錫洪/喻鵬/高興遠(yuǎn)AFM：親鋅Cu位點(diǎn)誘導(dǎo)水系電池?zé)o枝晶鋅負(fù)極！

用于下一代水系電池的鋅金屬通常存在嚴(yán)重的枝晶生長(zhǎng)、不利的析氫和自腐蝕，尤其是在堿性電解液中。

中山大學(xué)盧錫洪、武漢工程大學(xué)喻鵬、廣東第二師范學(xué)院高興遠(yuǎn)等通過(guò)將Zn層預(yù)沉積在均質(zhì)的Cu-Zn合金表面(CZ-Zn)，開發(fā)了一種用于水系電池的新型超穩(wěn)定Zn負(fù)極。

圖1 材料結(jié)構(gòu)與形貌表征

這里首次通過(guò)一系列非原位和原位表征以及DFT理論模擬闡明了Cu-Zn合金負(fù)極中Cu位點(diǎn)的親鋅性和均勻分布對(duì)均勻Zn成核和無(wú)枝晶Zn沉積的協(xié)同作用。

研究顯示，Cu-Zn合金中的親鋅Cu位點(diǎn)可以顯著增強(qiáng)Zn²⁺吸附并促進(jìn)其表面的均勻Zn成核，從而實(shí)現(xiàn)了高度可逆的Zn沉積/剝離化學(xué)。此外，Cu對(duì)析氫反應(yīng)（HER）的固有惰性和Cu-Zn合金的高脫鋅電位可以有效緩解水系電解液中的析氫和Zn腐蝕。

圖2 對(duì)稱電池性能

因此，具有CZ-Zn電極的對(duì)稱電池在堿性和中性電解液中均表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，可在2.5 mAh cm^-2下分別穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)800小時(shí)和1600小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原始Zn電極。

此外，通過(guò)將這種CZ-Zn負(fù)極與Ni₃S₂@聚苯胺正極配對(duì)，實(shí)現(xiàn)了具有超長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性（5000次循環(huán)后容量沒(méi)有下降）和出色的庫(kù)侖效率（CE）（100%）的高性能堿性全電池。這項(xiàng)研究闡明了用于最先進(jìn)水系儲(chǔ)能裝置的堅(jiān)固且超穩(wěn)定Zn負(fù)極的設(shè)計(jì)。

圖3 全電池性能

Zincophilic Cu Sites Induce Dendrite-Free Zn Anodes for Robust Alkaline/Neutral Aqueous Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202110829

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