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水系可充鋅電池的鋅負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用受到了不可控的樹枝狀鋅沉積和相關(guān)界面問題的阻礙，而這些機(jī)制仍然是模糊的。

圖1. 理論計(jì)算和Au-Zn的表征

溫州大學(xué)袁一斐、王舜等闡明了從亞納米到微米的多尺度的鋅沉積行為，并首次披露了界面附近的鋅沉積中富含位錯的特征。

具體而言，這項(xiàng)工作結(jié)合聚焦離子束（FIB）、原位光學(xué)顯微鏡和高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）等技術(shù)，對有/無Au涂層存在的鋅電化學(xué)沉積進(jìn)行了多尺度表征。亞納米尺度的HRTEM分析顯示，在沉積物/鋅界面附近的鋅沉積物具有豐富的位錯性質(zhì)，這與微尺度的鋅枝晶生長有關(guān)。

在第一原理密度泛函理論（DFT）的指導(dǎo)下，通過計(jì)算鋅原子在結(jié)晶Au不同平面上的相對結(jié)合能，作者進(jìn)一步構(gòu)建了厚度約為15納米的親鋅、（111）取向的Au層，以調(diào)節(jié)鋅的沉積行為（稱為Au-Zn負(fù)極）。

圖2. 對稱電池性能

基于設(shè)計(jì)的涂層，電化學(xué)沉積的鋅的結(jié)晶缺陷被有效地抑制，沉積過程基本上沒有樹枝狀的缺陷。電化學(xué)測試表明，與普通Zn電極相比，Au-Zn電極具有較低的成核和平臺過電位，并明顯改善了循環(huán)性能。

在0.1 mA cm^-2的電流下，Zn和Au-Zn電極的成核過電位分別為19.5 mV和0 mV。在5 mA cm^-2的電流和1 mAh cm^-2的容量下，Zn//Zn電池和Au-Zn/Au-Zn電池的循環(huán)壽命分別為68 h和490 h。

這項(xiàng)工作的發(fā)現(xiàn)闡明了對材料電化學(xué)的基本理解，并對未來水系可充鋅電池的界面設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。

圖3. Zn沉積過程的原位光學(xué)觀察

A zincophilic interface coating for the suppression of dendrite growth in zinc anodes. Nano Energy 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108306

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袁一斐/王舜Nano Energy：親鋅界面涂層抑制鋅負(fù)極的枝晶生長

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