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?麥立強(qiáng)/羅雯/吳勁松AM：離子隧道基底助力鋅負(fù)極99.6%CE下6600次循環(huán)！

鋅金屬是一種理想的水系儲(chǔ)能負(fù)極，然而，鋅負(fù)極存在非均質(zhì)沉積、低可逆性和枝晶形成等問(wèn)題；這些導(dǎo)致了全電池中鋅金屬的過(guò)度供應(yīng)。

圖1. 高ZUR對(duì)鋅金屬電池的意義以及鋅橫向沉積的定向附著機(jī)制

武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)、羅雯、吳勁松等設(shè)計(jì)了一個(gè)概念驗(yàn)證的離子隧道矩陣，由立方型普魯士藍(lán)類似物修飾的碳布（PBA@CC）基底組成，其中，間隔良好的PBA納米立方體作為鋅離子隧道，助力高可逆、無(wú)鋅枝晶和高鋅利用率（ZUR）的沉積/剝離。

與之前報(bào)道的PBA作為各種電荷載體離子的宿主電極不同，這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是利用其高度規(guī)則、等距的立方體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征的潛力。ZnFe-PBA框架的相鄰等距立方籠之間的距離約為4.96 ?，這與Zn（002）的晶面間距非常相似。

因此，被困在PBA的納米籠中的鋅離子自發(fā)地在對(duì)基底的法線方向上保持約5 ?的等距排列，并在初始沉積中充當(dāng)鋅源。

圖2. 半電池性能

結(jié)果，即使鋅金屬在每個(gè)循環(huán)中被完全剝離（100% ZUR），PBA@CC在5 mA cm^-2和0.5 mAh cm^-2的條件下仍顯示出高度可逆的鋅沉積/剝離，平均CE為99.6%，并且長(zhǎng)達(dá)6600次循環(huán)（1320小時(shí)）。

另外，負(fù)正電極比（N/P）為1.2的低負(fù)極限制全電池也可提供214 Wh kg^-1，這大大超過(guò)了商業(yè)水系電池，并穩(wěn)定運(yùn)行360次。這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)深度可充電和高度可逆的金屬負(fù)極的基底提供了深入理解。

圖3. 全電池性能

Ion Tunnel Matrix Initiated Oriented Attachment for Highly Utilized Zn Anodes. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202302353

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