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北航楊樹斌AEM：液態(tài)金屬協(xié)同MXene實現(xiàn)無枝晶鋅金屬負(fù)極

鋅負(fù)極因其高理論容量（820 mAh ^g-1）、環(huán)境友好和良好的安全性而有望用于鋅基電池，但不可控的枝晶極大地阻礙了其實際應(yīng)用。

北京航空航天大學(xué)楊樹斌等設(shè)計了一種具有液態(tài)金屬(GaIn)的特殊負(fù)極，以研究Zn負(fù)極的失效機(jī)制。

圖1 分別在ZnGaIn//MXene負(fù)極和鋅箔上沉積鋅的示意圖

研究發(fā)現(xiàn)，Zn負(fù)極在沉積過程中存在巨大的結(jié)晶應(yīng)力，這會導(dǎo)致大量Zn枝晶快速生長。為了解決這個問題，作者在柔性MXene層(ZnGaIn//MXene)上制備了富鋅液態(tài)金屬(ZnGaIn)負(fù)極，這能夠有效釋放Zn負(fù)極沉積過程的應(yīng)力。此外，由于鋅基液態(tài)金屬的存在，成核能壘大大降低，同時Zn的成核過電位相對于Zn²⁺/Zn降低至0 V。

圖2 對稱電池性能

電化學(xué)性能測試表明，所制備的柔性鋅基負(fù)極在對稱電池中具有長達(dá)600小時的循環(huán)壽命和出色的高倍率能力（8.0 mA cm^-2）。即使彎曲135°角后，也沒有明顯的電壓變化。當(dāng)與MnO₂正極結(jié)合使用時，采用ZnGaIn//MXene負(fù)極的全電池也表現(xiàn)出穩(wěn)定和較長的循環(huán)壽命，循環(huán)次數(shù)高達(dá)400次。因此，該工作極大地有利于下一代鋅基電池的發(fā)展。

圖3 全電池性能

Stress-Release Functional Liquid Metal-MXene Layers toward Dendrite-Free Zinc Metal Anodes. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200115

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