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楊劍/李妍璐ACS Nano：Zn(002)紋理與磷酸鋅涂層協(xié)同，實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶鋅陽(yáng)極

水系鋅金屬電池的鋅陽(yáng)極面臨著枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)的挑戰(zhàn)。形成Zn(002)紋理可以緩解這些問(wèn)題，但并不能根除它們，Zn(002)仍然面臨著腐蝕性電解液和枝晶生長(zhǎng)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，尤其是在數(shù)百次循環(huán)之后。因此，有必要在Zn(002)上覆蓋一層鈍化層。

圖1 Zn(002)@ZPO的制備與表征

山東大學(xué)楊劍、李妍璐等通過(guò)簡(jiǎn)單的一步退火工藝，在商用鋅箔上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了Zn(002)織構(gòu)和表面涂層（ZnS、ZnSe、ZnF₂、Zn₃(PO₄)₂(ZPO)和Zn₃(BO₃)₂）。

這種通用合成方法為探索Zn(002)紋理與表面涂層之間的協(xié)同效應(yīng)提供了機(jī)會(huì)。以ZPO為模型，研究發(fā)現(xiàn)ZPO和Zn(002)的協(xié)同效應(yīng)有效降低了Zn²⁺的擴(kuò)散能壘，抑制了枝晶的生長(zhǎng)。這些結(jié)果表明，即使鋅陽(yáng)極表面已經(jīng)覆蓋了鈍化層，鋅的晶體工程對(duì)電化學(xué)性能仍然非常重要。

圖2 不對(duì)稱和對(duì)稱電池的性能

受益于上述優(yōu)勢(shì)，改性鋅陽(yáng)極（Zn(002)@ZPO）的性能優(yōu)于裸鋅、Zn(002)（無(wú)表面涂層）和Zn@ZPO（無(wú)優(yōu)先取向）。

此外，即使在鋅源非常有限的情況下（負(fù)極/正極的容量比，N/P = 2.4），Zn(002)@ZPO∥MnO₂仍然表現(xiàn)出較高的循環(huán)性能。

總體而言，這項(xiàng)研究同時(shí)實(shí)現(xiàn)了鋅陽(yáng)極的晶體工程和表面涂層，并深入揭示了晶體取向和鈍化層的協(xié)同作用。

圖3 水系鋅金屬電池的電化學(xué)性能

Synergistic Cooperation of Zn(002) Texture and Amorphous Zinc Phosphate for Dendrite-Free Zn Anodes. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c04343

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