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鋅金屬負(fù)極被認(rèn)為是水基鋅基電池最有前景的負(fù)極選擇之一。然而，樹枝狀結(jié)構(gòu)和錯(cuò)綜復(fù)雜的副反應(yīng)阻礙了它的應(yīng)用。近日，天津大學(xué)張伊放（通訊作者）和中南大學(xué)潘安強(qiáng)（通訊作者）等人在知名期刊Adv. Funct. Mater.上發(fā)表了題為“Anti-Corrosive and Zn-Ion-Regulating Composite Interlayer Enabling Long-Life Zn Metal Anodes”的研究性論文。

天大張伊放/中南潘安強(qiáng)AFM:長壽命鋅金屬負(fù)極防腐鋅離子調(diào)節(jié)復(fù)合中間層

裸鋅(左)和具有PSN涂層的鋅(中)上的Zn沉積/脫出行為示意圖

作者引入了一種彈性防腐夾層來解決這一問題。利用非晶態(tài)和納米結(jié)構(gòu)氮化硅(Si₃N₄)獨(dú)特的介電行為，將其顆粒均勻分散在聚丙烯腈(PAN)中，制備了一層附著在金屬鋅上的中間層(PSN-Zn)。PAN作為彈性約束抑制了枝晶的劇烈演化，阻止了H₂O/O₂的腐蝕，而高介電常數(shù)的Si₃N₄有利于離子動(dòng)力學(xué)，并提供了均勻的Zn沉積。

裸Zn和Zn-PSN箔在2 M ZnSO₄電解液中的腐蝕特性

在1 mA cm^?2時(shí)，鋅負(fù)極的電化學(xué)穩(wěn)定性和沉積一致性大大提高，壽命可達(dá)800 h以上。即使在苛刻的深放電(DOD_Zn=60%)和高電流密度(10 mA cm^?2)下，鋅負(fù)極仍能穩(wěn)定工作250 h以上，并通過實(shí)驗(yàn)和理論模擬對其介電性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的討論和驗(yàn)證。

材料的電化學(xué)性能研究

Anti-Corrosive and Zn-Ion-Regulating Composite Interlayer Enabling Long-Life Zn Metal Anodes(Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202104361)

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