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第一作者：廉思甜

通訊作者：麥立強(qiáng)，王學(xué)文，趙康寧

通訊單位：武漢理工大學(xué)

麥立強(qiáng)，武漢理工大學(xué)黨委常委、副校長(zhǎng)，武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)，材料學(xué)科首席教授、博士生導(dǎo)師，2023年中國(guó)科學(xué)院院士增選有效候選人。在Nature（3篇）、Science（1篇）等刊物發(fā)表SCI論文566篇。研究領(lǐng)域?yàn)椋杭{米能源材料與器件。

王學(xué)文，武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程國(guó)際化示范學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，湖北省百人計(jì)劃專家，武漢理工大學(xué)15551青年人才。先后在Natl. Sci. Rev.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Mater.等國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文50余篇。研究方向：飛秒光制造技術(shù)、超快動(dòng)力學(xué)探測(cè)、激光加工。

趙康寧，現(xiàn)任職大灣區(qū)大學(xué)（籌）助理教授，發(fā)表SCI論文100余篇，總被引次數(shù)超過(guò)10000余次，其中以（共同）一作/通訊作者發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mat.、Angew. Chem.等國(guó)際知名期刊上發(fā)表SCI收錄論文40余篇，多篇文章入選ESI 前1%高被引論文，H 因子56，獲授權(quán)國(guó)家專利發(fā)明8項(xiàng)。研究方向：電化學(xué)儲(chǔ)能器件的關(guān)鍵材料及其原位表征。

論文速覽

水系鋅離子電池（AZIBs）因其低成本和高安全性，而成為有吸引力的電化學(xué)儲(chǔ)能解決方案。然而，負(fù)極中的枝晶和不受控制的副反應(yīng)削弱了電池的循環(huán)壽命和能量密度。金屬中的晶界通常被認(rèn)為是上述問(wèn)題的根源，但作者提出了不同的結(jié)果。

本論文通過(guò)飛秒激光轟擊在Zn負(fù)極上引入了超高比例的晶界，以增強(qiáng)Zn金屬/電解質(zhì)界面的穩(wěn)定性。這種超高比例的晶界促進(jìn)了Zn生長(zhǎng)電位的均勻化，實(shí)現(xiàn)均勻成核和生長(zhǎng)，從而抑制了枝晶的形成。此外，豐富的活性位點(diǎn)減輕了電化學(xué)過(guò)程中的副反應(yīng)。

結(jié)果表明，15-μm-Fs Zn||MnO₂軟包電池實(shí)現(xiàn)了249.4 Wh kg^-1的能量密度，并在23%放電深度下運(yùn)行超過(guò)60次循環(huán)。通過(guò)UP-GBs的有利影響，為其他金屬電池開辟了新途徑。

圖文導(dǎo)讀

圖1：Zn負(fù)極中晶界的形成機(jī)制和特性。

圖2：Zn沉積的成核與生長(zhǎng)。

圖3：Zn對(duì)稱電池的電化學(xué)行為。

圖4：超高比例晶界（UP-GBs）抑制枝晶生長(zhǎng)。

圖5：Zn||MnO₂全電池的電化學(xué)性能。

總結(jié)展望

本研究通過(guò)在Zn負(fù)極中引入超高比例的晶界，顯著提高了Zn金屬電池的穩(wěn)定性和實(shí)用性。與傳統(tǒng)的商業(yè)Zn箔相比，這種通過(guò)飛秒激光處理的Zn負(fù)極展現(xiàn)出更快的成核和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了2D生長(zhǎng)，從而有效抑制了枝晶的形成。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，15-μm-Fs-Zn||MnO₂軟包電池在23%放電深度下能夠穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)60次循環(huán)，達(dá)到了249.4 Wh kg^-1的能量密度。該成果不僅為Zn金屬電池的發(fā)展提供了新的方向，也為其他金屬電池的技術(shù)進(jìn)步提供了潛在的借鑒。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Ultra-High Proportion of Grain Boundaries in Zinc Metal Anode Spontaneously Inhibiting Dendrites Growth

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202406292

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