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錢逸泰/朱永春Small: 實現(xiàn)鋅空氣電池2000次超長循環(huán)的化學緩沖層！

可充電堿性鋅空氣電池（ZABs）由于其高能量密度和環(huán)境友好性而受到廣泛關注。然而，鋅負極存在不可避免的鈍化和溶解問題，嚴重阻礙了電池的放電和循環(huán)性能。

在此，中國科學技術大學錢逸泰院士、朱永春副教授等人提出了一種涂覆在鋅金屬負極（CBL@Zn）上的化學緩沖層以提高Zn?ZnO電化學轉化過程的可逆性，該緩沖層（ZNR@GO）是通過將ZnO納米棒均勻分散在氧化石墨烯（GO）中實現(xiàn)的。

根據ICP-AES和電子顯微鏡圖像表征研究顯示，受益于ZnO納米棒的核作用和GO吸附親和力的協(xié)同作用，絕緣ZnO的電化學沉淀-溶解行為受到化學調節(jié)且發(fā)生在緩沖層而不是活性Zn的表面，Zn(OH)₄^2-離子被有效地限制在化學緩沖層中。

圖1. ZNR@GO的合成與表征

因此，基于CBL@Zn電極的對稱紐扣電池可以在0.5 mA cm^-2下以相當低的過電位（30 mV）實現(xiàn)超過100次循環(huán)，而對稱裸鋅-鋅電池僅在20次循環(huán)后就發(fā)生短路。當與商業(yè)催化劑配對以組裝實際使用的堿性 ZAB時，CBL@Zn負極實現(xiàn)了高達98% 的超高深度放電（DOD_Zn），遠遠超過裸鋅（80%）。

同樣，基于CBL@Zn負極的可充電ZAB在適當甚至高容量的條件下也具有卓越的循環(huán)性能，即使在10 mA cm^-2和20 mA cm^-2的電流密度下，仍成功實現(xiàn)了超過2000次循環(huán)的超長壽命。這種化學緩沖策略可能為開發(fā)其他高度可逆的堿性鋅金屬電池提供新的見解，推動了可充電ZABs的商業(yè)化進程。

圖2. 基于CBL@Zn電極的實際ZAB的電化學性能

Chemical Buffer Layer Enabled Highly Reversible Zn Anode for Deeply Discharging and Long-Life Zn-Air Battery, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202106604

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