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趙進(jìn)&馬延文&謝燕楠Nano Energy：高可逆鋅金屬負(fù)極，大電流密度下1200h超穩(wěn)定循環(huán)！

可充鋅離子水電池（ZIBs）已經(jīng)成為電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)中最具潛力的技術(shù)之一。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，平面結(jié)構(gòu)的鋅離子電池負(fù)極上不可控的枝晶生長和副反應(yīng)嚴(yán)重困擾著人們，因此迫切需要開發(fā)有效的策略來穩(wěn)定鋅負(fù)極。

南京郵電大學(xué)趙進(jìn)、馬延文、謝燕楠等揭示了鋅枝晶的生長與鋅沉積過程中內(nèi)應(yīng)力積累密切相關(guān)，并設(shè)計(jì)和制備了一種具有圖案化微槽結(jié)構(gòu)的鋅金屬負(fù)極，它可以有效釋放沉積引起的應(yīng)力并抑制枝晶的生長。

圖1. 材料制備及模擬

具體而言，作者在Zn/聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上直接觀察到了應(yīng)力誘導(dǎo)的Zn負(fù)極形態(tài)變化，這表明沉積誘導(dǎo)的應(yīng)力與枝晶的生長密切相關(guān)。

然后，進(jìn)一步提出了一種微區(qū)應(yīng)力緩和的途徑，即通過金屬網(wǎng)輔助在Zn金屬箔表面引入有序的溝槽（約30微米寬度和約25微米深度）來抑制Zn枝晶的生長，并適應(yīng)大量的Zn沉積量。圖案化溝槽可以提供足夠的緩沖空間，有效地緩解沉積引起的應(yīng)力積累。

圖2. 對稱電池性能

值得一提的是，與Nafion薄膜涂層耦合的圖案化鋅負(fù)極可以有效抑制副反應(yīng)，并在10 mA cm^-2的高電流密度下呈現(xiàn)1200小時(shí)的超穩(wěn)定循環(huán)，并在1-20 mA cm^-2的倍率性能范圍內(nèi)具有低電化學(xué)極化，以及在10 mA cm^-2和10 mAh cm^-2的深度放電/充電性能中具有穩(wěn)定的電壓滯后。所提出的策略的可行性被進(jìn)一步證實(shí)，并在Zn|MnO₂柔性電池中得到實(shí)施，該電池具有令人印象深刻的186 mAh g^-1的容量，高電化學(xué)穩(wěn)定性和出色的機(jī)械柔性。該研究的發(fā)現(xiàn)有望為設(shè)計(jì)高可逆的水系鋅離子電池提供深刻的見解。

圖3. 全電池性能

Releasing Plating-Induced Stress for Highly Reversible Aqueous Zn Metal Anodes. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107814

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