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水系鋅離子電池（ZIBs）由于其出色的價(jià)格和安全優(yōu)勢(shì)，是電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用最理想的候選者之一。然而，循環(huán)過(guò)程中鋅枝晶的形成和連續(xù)的副反應(yīng)導(dǎo)致了ZIBs嚴(yán)重的不穩(wěn)定問(wèn)題。

江南大學(xué)付少海、美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)Xiangwu Zhang等首次引入了等離子體技術(shù)，在鋅金屬負(fù)極上形成氮(N)摻雜界面（表示為 N-Zn），以獲得高穩(wěn)定性ZIBs。

江南大學(xué)付少海等Adv. Sci.：等離子體表面處理獲得無(wú)枝晶鋅負(fù)極

圖1 對(duì)稱(chēng)電池性能

N₂等離子體通過(guò)高能電離氮?dú)廪Z擊可以有效地在裸Zn金屬中產(chǎn)生深度氮摻雜。由于Zn²⁺和N之間的強(qiáng)結(jié)合力，等離子體誘導(dǎo)的N摻雜Zn電極可以形成均勻的活性位點(diǎn)，以引導(dǎo)均勻的電沉積過(guò)程。此外，在N摻雜電極上Zn²⁺遷移的擴(kuò)散勢(shì)壘和電荷轉(zhuǎn)移電阻也可以有效地降低。

圖2 原位光學(xué)顯微鏡可視化

受益于均勻的成核位點(diǎn)和增強(qiáng)的表面動(dòng)力學(xué)，N-Zn負(fù)極在1 mA cm^?2下表現(xiàn)出極低的過(guò)電位（約 23 mV），并且由于界面增強(qiáng)，可以在1 mA cm^?2下循環(huán)超過(guò) 3000小時(shí)。N-Zn負(fù)極的潛在應(yīng)用也通過(guò)引入Zn/MnO2全電池得到證實(shí)，該電池在1 A g^-1下具有出色的容量穩(wěn)定性，可循環(huán)2000次。

總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)工作通過(guò)預(yù)先引入的活性成核位點(diǎn)為均勻化鋅電沉積過(guò)程提供了新的基本見(jiàn)解，并為超穩(wěn)定鋅金屬負(fù)極的界面設(shè)計(jì)工程提供了新的方向。

圖3 不同電極的Zn成核機(jī)制和沉積行為

Advanced Zinc Anode with Nitrogen-Doping Interface Induced by Plasma Surface Treatment. Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103952

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