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三通訊單位聯(lián)發(fā)ACS Energy Lett.: TiN涂層的優(yōu)選取向可實現(xiàn)穩(wěn)定的鋅負(fù)極

金屬鋅被認(rèn)為是一種理想的負(fù)極，但其在可充電水系電池中的廣泛應(yīng)用仍面臨許多挑戰(zhàn)，主要與鋅的枝晶生長和腐蝕以及副反應(yīng)有關(guān)。

在此，廈門大學(xué)王周成教授、梁漢鋒副教授聯(lián)合長春理工大學(xué)劉萬強(qiáng)教授及阿卜杜拉國王科技大學(xué)Husam N. Alshareef教授等人證明了具有優(yōu)先 (200) 取向的TiN保護(hù)涂層可以有效地抑制Zn枝晶生長和副反應(yīng)；它可以通過誘導(dǎo)橫向生長來調(diào)節(jié)副產(chǎn)物（硫酸鋅或ZHS）的生長模式，從而提高鋅離子電池（ZIBs）的電化學(xué)性能。

作者研究了磁控濺射TiN (111)和(200)表面涂層，發(fā)現(xiàn)TiN(200)表面的析氫被大大抑制。更有趣的是，ZHS傾向于沿平行于TiN(200)表面的方向生長，而在鋸齒狀(111)表面的垂直生長更有利，實驗結(jié)果和理論模擬都證明了這種明顯的生長行為。

圖1. TiN涂層鋅負(fù)極的電化學(xué)性能

驗證結(jié)果表明，在 1 mA cm^-2的實際電流密度下，TiN (200)保護(hù)的Zn負(fù)極實現(xiàn)了超過2300 h的可逆電鍍/剝離，且?guī)靵鲂式?00%。在2 mA cm^-2和2 mAh cm^-2條件下實現(xiàn)了至少1000 h的可逆電鍍/剝離，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過裸Zn負(fù)極。

此外，基于TiN(200)@Zn負(fù)極和MnO₂正極的全電池穩(wěn)定性也得到大大提高，顯示了其在實際應(yīng)用中的潛力。這項研究不僅證明了TiN (200) 涂層可以作為有效的鋅負(fù)極保護(hù)層，而且還提供了對ZHS副產(chǎn)物的作用以及抑制副反應(yīng)和調(diào)節(jié)ZHS生長模式的見解。

圖2. 在TiN涂層上模擬氫氧化鋅硫酸鹽的沉積行為

Preferred Orientation of TiN Coatings Enables Stable Zinc Anodes, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02299

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