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?三單位EES：調(diào)控靜電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)高倍率和無(wú)枝晶鋅金屬負(fù)極

由于鋅金屬/電解質(zhì)界面的不穩(wěn)定性，以及同時(shí)發(fā)生的寄生反應(yīng)和枝晶生長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致低庫(kù)侖效率（CE）和短循環(huán)壽命，鋅（Zn）金屬電池的商業(yè)化受到嚴(yán)重阻礙。

圖1 Zn²⁺通量在不同基底上的沉積行為示意圖

阿德萊德大學(xué)郭再萍、Mao Jianfeng、江蘇師范大學(xué)王慶紅、揚(yáng)州大學(xué)薛攀等報(bào)告了一種通過(guò)電解液添加劑-四氨基酞菁鈷（Co(TAPC)）建立的靜電場(chǎng)層（EFL），以消除這些缺點(diǎn)。

這項(xiàng)工作通過(guò)實(shí)驗(yàn)表征和理論計(jì)算相結(jié)合的方法證實(shí)，具有平面和大共軛環(huán)結(jié)構(gòu)的Co(TAPC)優(yōu)先吸附在Zn金屬負(fù)極上，形成親鋅的EFL，這可阻止Zn和水的直接接觸，抑制副反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)脫溶劑化和Zn²⁺擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，平衡空間電場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了高倍率和無(wú)枝晶的Zn沉積。

圖2 電解液表征

結(jié)果，基于該添加劑，鋅金屬負(fù)極在50 mA cm^-2的電流密度下具有8000次以上的超長(zhǎng)循環(huán)壽命，在5 mAh cm^-2、10 mA cm^-2的苛刻測(cè)試條件下具有較高的CE值。此外，Co(TAPC) EFL在Zn||MnO₂全電池中的應(yīng)用也得到了證實(shí)，其在2000 mA g^-1的高電流密度下，表現(xiàn)出5000次循環(huán)的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性。

總體而言，親鋅EFL的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了鋅金屬電池在水系電解液中的均勻無(wú)枝晶沉積，為設(shè)計(jì)高性能金屬電池的穩(wěn)定金屬負(fù)極開辟了一條途徑。

圖3 電化學(xué)性能研究

Engineering an Electrostatic Field Layer for High-Rate and Dendrite-Free Zn Metal Anode. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee01724a

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