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李成超/葉明暉AFM：原位保護(hù)層同時(shí)調(diào)節(jié)鋅金屬負(fù)極的離子分布和脫溶活化能

盡管具有高比容量、低成本和高安全性的優(yōu)點(diǎn)，但水系鋅金屬電池（AZMB）的實(shí)際應(yīng)用受到鋅金屬負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)和腐蝕反應(yīng)的困擾。

圖1. 鋅/電解質(zhì)界面電化學(xué)行為的示意圖

廣東工業(yè)大學(xué)李成超、葉明暉等通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法在Zn箔上原位構(gòu)建了Zn₃(PO₄)·4H₂O保護(hù)層(Zn@ZnPO)，并避免了傳統(tǒng)的漿料涂覆工藝，以解決上述問(wèn)題。研究顯示，ZnPO保護(hù)層具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）非導(dǎo)電ZnPO膜在調(diào)節(jié)Zn²⁺離子的均勻分布方面起到了離子篩選作用，避免了Zn枝晶的生長(zhǎng)；

2）ZnPO層可確保Zn²⁺離子沉積在其自身下方，并適應(yīng)循環(huán)期間Zn負(fù)極的動(dòng)態(tài)體積變化；

3）與裸鋅負(fù)極（55.93 kJ mol^?1）相比，Zn@ZnPO較低的去溶劑化活化能為35.25 kJ mol^?1，因此有助于溶劑化[Zn(H₂O)₆]²⁺的脫水，從而改善AZMB的轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)；

4）致密的ZnPO層能夠顯著排斥水分子，抑制Zn金屬負(fù)極的腐蝕和鈍化。

圖2. 半電池性能

得益于這些優(yōu)勢(shì)，基于Zn@ZnPO的電池在面積容量為1mAh cm^?2和5mA cm^?2電流密度情況下，經(jīng)過(guò)1976小時(shí)后顯示出≈57.3mV的低電壓滯后。在相同的測(cè)試條件下，Cu//Zn@ZnPO半電池在927次循環(huán)內(nèi)提供了99.8%的平均CE。

此外，與商用V₂O₅或MnO₂正極配對(duì)，Zn@ZnPO// V₂O₅和Zn@ZnPO// MnO₂全電池相較于裸鋅全電池表現(xiàn)出更低的電壓極化和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖3. 全電池性能

Regulation of Ionic Distribution and Desolvation Activation Energy Enabled by In Situ Zinc Phosphate Protective Layer toward Highly Reversible Zinc Metal Anodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202208230

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