成果簡介
在2021年12月15日，新加坡南洋理工大學樓雄文教授和北京化工大學于樂教授（共同通訊作者）等人在Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表最新論文，該文題為“Formation of Super-assembled TiOx/Zn/N-doped Carbon Inverse Opal Towards Dendrite-Free Zn Anodes”。值得注意的是，這也是樓老師在Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表的第73篇研究工作！
前面的工作介紹詳見：超燃！樓雄文教授，剛剛發(fā)表第72篇Angew！
背景介紹
近年來，全球能源危機和環(huán)境惡化推動了安全可靠的儲能系統(tǒng)（EESs）的發(fā)展。其中，水系可再充電鋅離子電池（ZIBs）因其本質安全、環(huán)境友好和低成本而被認為是最具競爭力的器件之一。金屬Zn因其高理論比容量（820 mAh g-1）、低還原電位、高豐度和低毒性而被認為是ZIBs最理想的陽極選擇。然而，Zn金屬負極（ZMAs）的實際應用仍然面臨著枝晶生長、表面鈍化和寄生反應等挑戰(zhàn)，因此使用ZMAs的Zn金屬電池（ZMBs）存在循環(huán)壽命較差和庫侖效率（CE）較低的問題。此外，ZMAs在重復的無主體Zn沉積/剝離過程中理論上會發(fā)生無限的體積變化，產生不致密和多孔的電沉積，最終導致活性物種脫離和容量快速衰減。
圖文速遞
總結展望
綜上所述，作者通過一種有效的多步驟策略，報道了一種超級組裝IO骨架作為無枝晶Zn宿主。TZNC IO主體的高度有序的3D開放網絡具有足夠的空隙空間，可以精確控制受限Zn沉積/剝離的電場分布。更重要的是，非晶態(tài)TiOx和Zn/N-摻雜碳的整合可以作為Zn優(yōu)先成核和生長的親Zn位點。由于空間規(guī)則和優(yōu)化的成分，TZNC主體在低成核過電位下可以實現均勻的Zn沉積，使用壽命超過450 h。此外，由TZNC@Zn負極和商用V2O5正極構建的水系ZMBs在2000次循環(huán)中表現出優(yōu)異的可逆性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
文獻信息
Formation of Super-assembled TiOx/Zn/N-doped Carbon?Inverse Opal Towards Dendrite-Free Zn Anodes.?Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202115649.
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