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水系鋅金屬電池因其高安全性、低損耗、生態(tài)友好性等優(yōu)點，正成為下一代大規(guī)模儲能系統(tǒng)的理想選擇。然而，不可控的鋅枝晶生長和有限的鋅金屬負(fù)極利用率限制了其實際應(yīng)用。

在此，南開大學(xué)陳軍、嚴(yán)振華等人提出了一種基于Cu²⁺擴散和消耗速率關(guān)系優(yōu)化的室溫電沉積策略。作者制備了具有(111)織構(gòu)的Cu集流體，用于構(gòu)建具有高可逆性的無枝晶Zn金屬負(fù)極。由于Zn的(002)面與Cu的(111)面之間的高晶格匹配，Zn沿其[001]取向沉積在(111)織構(gòu)的Cu上。

此外，與集流體水平對齊的(002)切面賦予Zn無枝晶的平面結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的耐腐蝕性，從而具有高可逆性，壽命超過2186次。最重要的是，由此產(chǎn)生的鋅負(fù)極可實現(xiàn)負(fù)極與正極容量比要求極高的軟包電池穩(wěn)定運行。

圖1. 不同銅箔上沉積鋅的示意圖

總之，該工作報告了在Cu的(111)面上可獲得具有高可逆性的無枝晶鋅金屬負(fù)極。研究表明，Zn的(002)晶面與Cu的(111)晶面相匹配，使Zn的(002)晶面與Cu的(111)晶面一致，實現(xiàn)了致密、均勻、無枝晶的鋅沉積模式。同時，(002)表面能最低，使得Zn具有較好的抗腐蝕能力。因此，111-Cu箔可以提供更高的CE(超過99%)同時循環(huán)壽命超過2186次。

除此之外，基于111-Cu@Zn負(fù)極組裝的全電池可以在5 mA cm^-2的超高電流密度下穩(wěn)定運行640個循環(huán)，N/P比低至2.5。此外，111-Cu@Zn負(fù)極可以穩(wěn)定軟包電池的運行，其N/P為2。因此，該工作為實現(xiàn)具有特殊晶體取向的織構(gòu)和高可逆性無枝晶金屬負(fù)極的可持續(xù)發(fā)展提供了有效指導(dǎo)。

圖2. 電池性能

Facile Electrolytic (111) ‐Textured Copper Foil for Dendrite‐Free Zinc Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202315726

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南開AFM：簡易電解 (111) 織構(gòu)銅箔用于無枝晶鋅金屬電池

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