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支春義團隊ACS Nano.：晶體定向工程，增強Zn負(fù)極的界面動學(xué)性能！

來源：時間：2023-12-19 16:03:34 瀏覽：2050次

第一作者：Qing Li

通訊作者：支春義教授

通訊單位：香港城市大學(xué)

DOI：10.1021/acsnano.3c07848

研究背景

鋅（Zn）負(fù)極中不可控的枝晶形成是可充電水系鋅基電池（RAZBs）商業(yè)化的瓶頸。界面，即電荷轉(zhuǎn)移過程發(fā)生的位置，以尚未完全理解的方式顯著影響進一步的形貌演化，例如，晶面和涂層的取向?；诖?，香港城市大學(xué)支春義教授等人證明了Zn負(fù)極的形態(tài)和動力學(xué)可以通過晶面來調(diào)整，開發(fā)了一種T-ZnSe層來誘導(dǎo)均勻沉積，制備的T-ZnSe層可以顯著提高反應(yīng)動力學(xué)，并誘導(dǎo)(0002)_Zn均勻沉積。

文章要點

1、作者證明了Zn負(fù)極的形態(tài)和動力學(xué)可以通過晶面來調(diào)整，開發(fā)了一種T-ZnSe層來誘導(dǎo)均勻沉積。以這種T-ZnSe@Zn作為負(fù)極，具有I₂正極和實際面積容量（2 mAh cm^-2）的全電池可以穩(wěn)定地循環(huán)工作900次。此外，作者還利用該負(fù)極制備了一個總?cè)萘繛?50 mAh的袋式電池，證明了其有效性。

2、通過機理研究，作者比較了T-ZnSe@Zn、P-ZnSe@Zn和裸Zn負(fù)極的性能。從影響負(fù)極沉積/溶解的角度來看，三者表現(xiàn)出了完全不同的電化學(xué)行為。T-ZnSe層正調(diào)節(jié)并促進負(fù)極反應(yīng)，而P-ZnSe層作為一個勢壘，其活化能較低，但高電阻阻礙了反應(yīng)。T-ZnSe層表現(xiàn)出最低的活化能和極大增強的電池性能。T-ZnSe@Zn||I₂電池具有高面積容量（3.75 mAh cm^-2），也可以循環(huán)900多次，容量保留率高達87.2%，遠遠優(yōu)于P-ZnSe@Zn||I₂和裸Zn||I₂。本工作表明，涂層的晶體結(jié)構(gòu)對陽極剝離/鍍層有顯著影響，有望為金屬陽極的優(yōu)化提供依據(jù)。

圖文展示

圖1.T-ZnSe@Zn的特性

圖2.比較(0002)_Zn和(111)_ZnSe原子排列、晶格匹配度

圖3. P-ZnSe@Zn和T-ZnSe@Zn的性能表征

圖4.電池的循環(huán)性能、SEM表征

圖5.各種Zn負(fù)極的電池性能

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