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廣工大李成超EnSM: 原始石墨烯雜化提高鋅粉利用率，實現(xiàn)無枝晶Zn負(fù)極！

鋅負(fù)極出現(xiàn)的不可控枝晶生長和副反應(yīng)嚴(yán)重阻礙了鋅離子電池的商業(yè)應(yīng)用。尤其是鋅金屬利用率低，往往導(dǎo)致能量密度低。

在此，廣東工業(yè)大學(xué)李成超教授等人通過商業(yè)鋅粉和原始石墨烯 (PG) 的混合來替代傳統(tǒng)的鋅箔，設(shè)計了一種更實用的無枝晶鋅負(fù)極。首先，作者利用直接液相剝離法制備了PG并將其作為多功能復(fù)合單元。由于PG片的宏觀組裝特性，在沒有任何粘結(jié)劑的情況下，只有PG才能將松散的鋅粉顆粒結(jié)合成整個電極片（表示為Zn粉/PG）。

同時，PG是基于非氧化性的溶劑剝離法所制備，其超低晶格缺陷可以增強電荷轉(zhuǎn)移，有助于改善電鍍/剝離動力學(xué)。此外，PG獨特的的六方晶格結(jié)構(gòu)呈水平取向排列，可以有效誘導(dǎo)界面金屬鋅的水平取向沉積，避免枝晶化生長。

圖1. 使用多功能PG構(gòu)建鋅粉負(fù)極的設(shè)計思路、合成過程及表征

一系列電化學(xué)表征表明，Zn粉/PG負(fù)極具有更光滑的沉積動力學(xué)和無枝晶沉積形貌。在不同電流密度下，該負(fù)極極化率低，循環(huán)壽命長，優(yōu)于普通鋅箔負(fù)極。即使在5 mA cm^-2的大電流密度下，Zn粉/PG負(fù)極仍表現(xiàn)出極低的電壓遲滯，僅為89 mV，遠(yuǎn)小于鋅箔負(fù)極（349 mV），且循環(huán)壽命為其12倍（360 vs 30小時）。

采用低N/P比的Zn粉/PG負(fù)極可與正極貼片，從而提高能量密度。此外，以Zn粉/PG負(fù)極為基礎(chǔ)的組合式Zn||MnO₂全電池的重量能密度是鋅箔負(fù)極的兩倍以上。因此，這項研究為今后實際鋅負(fù)極的設(shè)計及應(yīng)用提供了參考。

圖2. 基于不同負(fù)極的Zn||MnO₂全電池的電化學(xué)性能

Enable Commercial Zinc Powders for Dendrite-free Zinc anode with Improved Utilization Rate by Pristine Graphene Hybridization, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.007

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