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ACS Energy Lett.:洞察無枝晶鋅金屬負極表面親水性的關(guān)鍵作用

ACS Energy Lett.:洞察無枝晶鋅金屬負極表面親水性的關(guān)鍵作用
鋅金屬負極的長期問題,例如臭名昭著的鋅枝晶生長以及連續(xù)的副反應和腐蝕反應,阻礙了水系鋅離子電池(ZIBs)的商業(yè)化。
韓國工業(yè)技術(shù)研究院(KITECH)Chanhoon Kim等人證明Zn沉積形態(tài)與Zn負極的表面親水性密切相關(guān),增強的表面親水性允許更均勻的Zn2+通量穿過Zn表面,從而導致均勻的Zn沉積和成核而沒有枝晶生長。
ACS Energy Lett.:洞察無枝晶鋅金屬負極表面親水性的關(guān)鍵作用
了解上述考慮后,作者通過構(gòu)建薄而親水的人工固體電解質(zhì)界面(SEI)層成功地穩(wěn)定了Zn負極。通過簡單且可擴展的浸涂方法在Zn負極表面上進行(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)的共形硅烷化可以形成薄(~500 nm)、親水和高度均勻的人造SEI層。
人工SEI層不僅有效地消除了枝晶生長,而且還抑制了寄生副反應和腐蝕反應,即使在非常高的面電流密度和容量(20 mA cm–2/ 5 mAh cm–2)。因此,實現(xiàn)了高度耐用的循環(huán)穩(wěn)定性(1 A g-1下3000次循環(huán))。
ACS Energy Lett.:洞察無枝晶鋅金屬負極表面親水性的關(guān)鍵作用
圖1 不同的Zn沉積形貌及示意圖
更重要的是,作者進一步證實了該方法的可擴展性。通過相同的簡單浸涂方法在擴大的Zn負極(176 cm2)上成功形成了人造SEI層,其有助于實現(xiàn)具有68 mAh極高標稱容量和在1 A g-1下循環(huán)300次后容量保持率為94%的大型全電池。
這項工作的研究結(jié)果為通過可擴展的方法穩(wěn)定鋅負極提供了深入的見解,并為開發(fā)具有可靠性能的大規(guī)模水系儲能系統(tǒng)做出了重大貢獻。
ACS Energy Lett.:洞察無枝晶鋅金屬負極表面親水性的關(guān)鍵作用
圖2 大型全電池性能
Insight into the Critical Role of Surface Hydrophilicity for Dendrite-Free Zinc Metal Anodes. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01521

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