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圖1. VAG-Ce@Zn負極的設計策略示意

枝晶沉積和副反應一直是鋅負極的界面挑戰(zhàn)，這阻礙了實用水系鋅基電池的發(fā)展。江南大學劉天西、陳蘇莉、廣東工業(yè)大學張文禮、沙特阿卜杜拉國王科技大學Husam N. Alshareef等報道了一種富含氧空位的CeO₂氣凝膠（VAG-Ce）界面層，該界面層同時集成了Zn²⁺的選擇性、孔隙率和輕質(zhì)性，可作為實現(xiàn)無枝晶和無腐蝕鋅負極的新策略。

VAG-Ce有序且均勻的納米通道可以充當離子篩，通過調(diào)節(jié)Zn²⁺通量在Zn負極表面重新分布Zn²⁺，實現(xiàn)均勻的Zn沉積并顯著抑制枝晶生長。

重要的是，暴露在VAG-Ce表面的豐富氧空位可以強烈捕獲SO₄^2-，形成一個負電荷層，并可以吸引Zn²⁺并加速Zn²⁺的遷移動力學，而隨后額外陰離子的排斥可以有效抑制（Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O）副產(chǎn)物的產(chǎn)生，從而實現(xiàn)超穩(wěn)定的Zn負極。

圖2. 半電池性能

因此，VAG-Ce改性的Zn負極(VAG-Ce@Zn)能夠在4 mA cm^?2下實現(xiàn)4000小時以上的長壽命，并且在8 mA cm^?2和85%的高鋅利用率下實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的1200小時的高循環(huán)穩(wěn)定性，這使得VAG@Zn/MnO₂電池的容量保持和循環(huán)性能極佳。

總體而言，這項工作通過引入富含氧空位的氣凝膠提出了一個創(chuàng)新的設計概念，并為穩(wěn)定大規(guī)模儲能的鋅負極提供了一個新的前景。

圖3. 基于VAG-Ce@Zn負極的全電池的電化學性能

Metal Oxide Aerogels: A New Horizon for Stabilizing Anodes in Rechargeable Zinc Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300331

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