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?陳立寶/陳月皎AFM：超穩(wěn)定鋅負(fù)極，全電池循環(huán)達(dá)2500次！

為解決不可控的鋅枝晶和嚴(yán)重的副反應(yīng)而構(gòu)建人工界面層是一個(gè)非常理想的策略，但它往往受到有限的Zn²⁺傳輸?shù)淖璧K。

中南大學(xué)陳立寶、陳月皎等通過(guò)對(duì)聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜進(jìn)行碳化處理，在銅集流體上設(shè)計(jì)了一種具有離子傳導(dǎo)性和電子絕緣性的氟摻雜無(wú)定形碳界面層，以用于均勻Zn沉積。

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圖1. 材料制備及表征

這樣的CF層在沉積的鋅和電解液之間起到了保護(hù)性人工界面的作用，有效地抑制了枝晶的形成和副反應(yīng)，從而保證了高界面穩(wěn)定性。它可以總結(jié)為以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1）均勻的F原子作為親鋅位點(diǎn)，可調(diào)節(jié)Zn²⁺通量的均勻分布，并吸引離子遷移；

2）高離子傳導(dǎo)性和電絕緣性保證了CF層下預(yù)沉積的金屬鋅，有效抑制了副反應(yīng)和樹(shù)枝狀結(jié)晶的形成；

3）由Zn²⁺和F位點(diǎn)形成的部分ZnF₂作為人工固體Zn²⁺導(dǎo)體，進(jìn)一步引導(dǎo)均勻的Zn沉積；

4）CF層調(diào)節(jié)Zn成核，使Zn(002)面優(yōu)先生長(zhǎng)，形成平面生長(zhǎng)，從而減少Zn與電解液的接觸面積。

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圖2. 半電池性能

因此，基于Zn||CF-Cu的半電池顯示出非凡的循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為2 mA cm^-2和容量為1 mAh cm^-2的情況下，可循環(huán)1900次，CE值高達(dá)99%。而且基于CF-Cu@Zn的對(duì)稱電池以更低的電壓極化實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)2200小時(shí)的循環(huán)，這幾乎是Cu@Zn的6倍。

此外，與V₂O₅正極匹配的全電池在電流密度為1 A g^-1時(shí)表現(xiàn)出≈370 mAh g^-1的可逆容量，并且在1200次循環(huán)后容量保持率為89%，CE高達(dá)≈100%。即使在3 A g^-1的高電流密度下，基于CF-Cu@Zn的全電池也顯示出2500次循環(huán)的優(yōu)異穩(wěn)定性?？傊?，這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)穩(wěn)定的無(wú)枝晶金屬電池的人工界面層提供了靈感。

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圖3. 全電池性能

A Multifunctional Artificial Interphase with Fluorine-Doped Amorphous Carbon layer for Ultra-Stable Zn Anode. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205600

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