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侯仰龍/賴超Science Bulletin：超穩(wěn)定鐵磁界面助力實(shí)用鋅金屬電池

可充鋅（Zn）金屬電池（RZMB）已被證明是未來能源存儲(chǔ)行業(yè)中一種可持續(xù)的低成本替代品。然而，難以捉摸的鋅沉積行為和水引發(fā)的寄生反應(yīng)給鋅負(fù)極的制備和商業(yè)化帶來了巨大挑戰(zhàn)，尤其是在高沉積/剝離能力下。

圖1.?鐵磁界面驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)穩(wěn)定性調(diào)節(jié)Zn沉積的機(jī)制

北京大學(xué)侯仰龍、江蘇師范大學(xué)賴超等提出了結(jié)合磁場(chǎng)（MF）的鐵磁界面，以有效解決上述障礙。具體而言，這項(xiàng)工作探討了鐵磁性金屬界面改性鋅負(fù)極與磁場(chǎng)的強(qiáng)配合，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)RZMBs制備。

研究顯示，引入具有高化學(xué)耐久性的鐵磁層可通過改變鋅離子的運(yùn)動(dòng)方向，使其圍繞枝晶突起做螺旋運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)傳質(zhì)和離子分布，誘導(dǎo)電解液對(duì)流，并顯著減少副反應(yīng)和抑制析氫反應(yīng)。

圖2.?半電池性能

受益于上述優(yōu)勢(shì)，該策略成功地提高了鋅負(fù)極的性能，使其在電流密度為50 mA/cm²時(shí)的累積沉積容量（CPC）達(dá)到10 Ah/cm²，達(dá)到了商業(yè)化的目標(biāo)。此外，沉積/剝離面積容量為12 mAh/cm²的貧鋅電池（放電深度（DODZn）高達(dá) 82%）能夠穩(wěn)定運(yùn)行350小時(shí)以上。因此，ZnFe-MF||V₂O₅全電池在13.1 mg/cm²的高負(fù)載下穩(wěn)定循環(huán)，這使得RZMBs配置有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。

圖3.?全電池的電化學(xué)性能

Practicable Zn metal batteries enabled by ultrastable ferromagnetic interface. Science Bulletin 2023. DOI: 10.1016/j.scib.2023.08.063

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