可充電水系鋅離子電池（ZIB）有望成為替代主流鋰離子電池的有力候選者。然而，作為負(fù)極材料，鋅金屬不可避免地會(huì)受到鋅枝晶生長、析氫反應(yīng)（HER）以及水性電解質(zhì)腐蝕的影響，其都嚴(yán)重限制了ZIB的實(shí)際應(yīng)用。

在此，南京郵電大學(xué)趙進(jìn)團(tuán)隊(duì)展示了一種快速熔化凝固法，可有效地將商業(yè)鋅箔轉(zhuǎn)化為具有毫米尺寸晶粒的單一(002)織構(gòu)鋅。具體而言，熔融過程消除了各種商業(yè)鋅箔的初始織構(gòu)、殘余應(yīng)力和晶粒尺寸變化，保證了商業(yè)鋅箔的均勻性，成為單一(002)織構(gòu)鋅。此外，單一的(002)織構(gòu)確保了大規(guī)模的外延和致密的Zn沉積，而晶界的減小顯著地減少了晶間反應(yīng)。

結(jié)果顯示，單(002)織構(gòu)Zn在惡劣條件下(100 mA cm^-2, 100 mAh cm^-2)表現(xiàn)出均勻且致密的Zn沉積。其在Zn ||Zn對(duì)稱電池中表現(xiàn)出良好的可逆性(1 mA cm^-2下3280 h, 10 mAh cm^-2下830 h)以及在放電深度值高達(dá)75%下超過180 h的長循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 快速熔融-凝固法制備單一(002)織構(gòu)Zn的示意圖

總之，該工作開發(fā)了一種快速熔融凝固法用于有效地將商業(yè)鋅箔轉(zhuǎn)化為具有毫米尺寸晶粒的單一(002)織構(gòu)Zn。該工藝既保留了鋅箔的形貌又消除了不同鋅箔之間的初始織構(gòu)、殘余應(yīng)力和晶粒尺寸變化的影響。該方法成功地解決了鋅箔在鋅熔點(diǎn)以下退火處理后不可控織構(gòu)形成的難題。單(002)織構(gòu)和巨大的晶粒尺寸特性使制備的鋅箔具有良好的外延鋅沉積和高的耐腐蝕性。

結(jié)果顯示，在10 mA cm^-2和高達(dá)75%的DOD值的惡劣條件下，用所制備的單一(002)織構(gòu)Zn構(gòu)建的Zn||Zn對(duì)稱電池在180 h內(nèi)表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性。此外，其全電池和電容器具有出色的循環(huán)性能(在1 A g^-1下循環(huán)1500次后，電池容量保持率為74%，在2 A g^-1下循環(huán)20000次后，電容器容量保持率為88%)。因此，該研究展示了一種簡單且高效的生產(chǎn)策略，為高可逆鋅負(fù)極的制備提供了新的指導(dǎo)。

圖2. 全電池性能

Converting Commercial Zn Foils into Single (002)-Textured Zn with Millimeter-Sized Grains for Highly Reversible Aqueous Zinc Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202401507