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水系鋅金屬電池的鋅陽極面臨著枝晶生長和副反應的挑戰。形成Zn(002)紋理可以緩解這些問題，但并不能根除它們，Zn(002)仍然面臨著腐蝕性電解液和枝晶生長的嚴峻挑戰，尤其是在數百次循環之后。因此，有必要在Zn(002)上覆蓋一層鈍化層。

圖1 Zn(002)@ZPO的制備與表征

山東大學楊劍、李妍璐等通過簡單的一步退火工藝，在商用鋅箔上同時實現了Zn(002)織構和表面涂層（ZnS、ZnSe、ZnF₂、Zn₃(PO₄)₂(ZPO)和Zn₃(BO₃)₂）。

這種通用合成方法為探索Zn(002)紋理與表面涂層之間的協同效應提供了機會。以ZPO為模型，研究發現ZPO和Zn(002)的協同效應有效降低了Zn²⁺的擴散能壘，抑制了枝晶的生長。這些結果表明，即使鋅陽極表面已經覆蓋了鈍化層，鋅的晶體工程對電化學性能仍然非常重要。

圖2 不對稱和對稱電池的性能

受益于上述優勢，改性鋅陽極（Zn(002)@ZPO）的性能優于裸鋅、Zn(002)（無表面涂層）和Zn@ZPO（無優先取向）。

此外，即使在鋅源非常有限的情況下（負極/正極的容量比，N/P = 2.4），Zn(002)@ZPO∥MnO₂仍然表現出較高的循環性能。

總體而言，這項研究同時實現了鋅陽極的晶體工程和表面涂層，并深入揭示了晶體取向和鈍化層的協同作用。

圖3 水系鋅金屬電池的電化學性能

Synergistic Cooperation of Zn(002) Texture and Amorphous Zinc Phosphate for Dendrite-Free Zn Anodes. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c04343

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