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上大吳明紅/吳超等Small Methods: 二維陰離子納米片填充的人工保護(hù)層實現(xiàn)無枝晶鋅金屬負(fù)極

金屬鋅 (Zn) 被認(rèn)為是水系電池的理想負(fù)極材料，但會受到Zn枝晶的生長及其與水系電解液的副反應(yīng)的阻礙，人工保護(hù)層的構(gòu)建為解決與鋅負(fù)極相關(guān)的問題提供了一種簡便而有前景的策略。

在此，上海大學(xué)吳明紅教授、吳超教授、杜飛虎等人開發(fā)了一種人造聚合物基保護(hù)層，其中填充了新型2D 吸附Zn²⁺的Sb₃P₂O₁₄^3-（表示為Zn-Sb₃P₂O₁₄）納米片，以調(diào)節(jié)Zn電沉積。

Zn-Sb₃P₂O₁₄保護(hù)層不僅避免了與水系電解液的直接接觸以抑制副反應(yīng)，而且允許鋅離子快速通過保護(hù)層。此外，帶負(fù)電荷的二維Sb₃P₂O₁₄^3-骨架也限制了鋅離子沿鋅陽極側(cè)面的二維擴(kuò)散，從而使沉積均勻。

圖1. Zn-Sb₃P₂O₁₄納米片保護(hù)層的合成及表征

因此，這種獨特的保護(hù)層不僅能夠在200次循環(huán)中實現(xiàn)高達(dá)99.2% 的鋅電鍍/剝離的高庫倫效率，而且可以使對稱Zn||Zn電池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下維持超過1300小時循環(huán)，在10 mA cm^-2和 10 mAh cm^-2下循環(huán)450小時。

此外，通過這種受保護(hù)的鋅負(fù)極與MnO₂正極配對，1 A g^-1下1000次循環(huán)后仍可提供111.7 mAh g^-1的放電容量，這為鋅金屬負(fù)極制造高效保護(hù)層提供了一種新策略。

圖2. Zn||MnO₂全電池的電化學(xué)性能

Dendrites-Free Zn Metal Anodes Enabled by an Artificial Protective Layer Filled with 2D Anionic Nanosheets, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100650

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