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?曹國忠/宗泉/張啟龍ACS Energy Lett.：基于介電有機無機涂層的無枝晶高穩(wěn)定鋅金屬負極

水系可充鋅金屬電池由于其高理論容量、高安全性和低成本而獲得了越來越多的關(guān)注。然而，它們的商業(yè)化一直受到由副反應和枝晶生長在鋅負極上引起的快速循環(huán)惡化的阻礙。

圖1 有機無機薄膜的制備及表征

華盛頓大學曹國忠、中國計量學院宗泉、浙江大學張啟龍等探討了一種具有疏水表面的介電有機無機薄膜，以規(guī)避這些問題并抑制枝晶在鋅負極上的生長。具體而言，作者在Zn負極表面設(shè)計了一種由P(VDF-TrFE)和BaTiO₃納米顆粒（BTO/PVT@Zn）組成的新型復合膜，它可以防止表面腐蝕并促進Zn均勻沉積。

其中，BaTiO₃的表面被來自α-萜品醇溶液的-OH修飾（α-BaTiO₃），以研究親水性對副反應和Zn沉積的影響。研究顯示，與親水的α-BTO/PVT薄膜相比，這種疏水性薄膜被認為有利于隔離活性水以抑制副反應，并降低[Zn(H₂O)₆]²⁺的解溶劑化能以加速鋅離子的沉積動力學。

圖2 半電池性能

此外，BTO/PVT層的三維滲流網(wǎng)絡(luò)將引導快速而均勻的Zn²⁺-離子通量，并適應顯著的體積變化。這種介電薄膜可以提供薄膜和鋅金屬之間的局部靜電相互作用，以誘導鋅離子的均勻分布，并促進鋅沿鋅表面的橫向生長。

由此產(chǎn)生的BTO/PVT@Zn負極表現(xiàn)出較長的壽命（在1 mA cm^-2時為3000小時）和較高的CEs（～99.6%），顯示了高可逆性和穩(wěn)定性。此外，BTO/PVT@Zn||NH₄V₄O₁₀全電池也表現(xiàn)出更好的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖3 全電池性能

Dendrite-Free and Highly Stable Zn Metal Anode with BaTiO3/P(VDF-TrFE) Coating. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01017

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