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哈工大張乃慶/張宇AM：(101)紋理鋅金屬負極實現水系鋅離子電池的長壽命和高容量

水系鋅金屬電池因其安全性高、成本低而被認為具有儲能潛力。然而，鋅電池的實際應用受到枝晶生長和副反應的限制。外延生長被認為是穩定鋅陽極的有效方法，特別是對控制沉積鋅的（002）平面。然而，（002）紋理鋅由于其大的晶格畸變和不均勻的電場分布，難以在高容量下實現穩定的循環。

圖1. (101)-Zn的制備示意

哈爾濱工業大學張乃慶、張宇等構建了一種具有高度（101）紋理的新型鋅陽極（簡稱為(101)-Zn）。實驗結果結合理論計算表明，(101)-Zn具有很強的外延效應，可確保在高面容量下實現較小的晶格畸變循環。與（002）紋理鋅相比，盡管該循環在低面容量下取得了良好的效果，但失配程度的積累和電場分布的不均勻導致了其在高面容量下的循環失敗。此外，(101)- Zn晶界面積的減小與其高析氫演化能壘相結合，可有效保持電極界面的pH值穩定性，抑制副反應的發生。

圖2.?半電池性能

因此，(101)-Zn對稱電池在1至40 mA cm^-2的不同電流密度下均表現出良好的穩定性，甚至達到了10.7 Ah cm^-2的超高累積容量，并且在5300小時（2 mAh cm^-2，4 mA cm^-2）和330小時（10 mAh cm^-2，15 mA cm^-2）內表現出卓越的穩定性。此外，組裝的Zn//MnO₂全電池也表現出超過1000次循環的長周期穩定性。

圖3.?全電池性能

Construct Robust Epitaxial Growth of (101) Textured Zinc Metal Anode for Long Life and High Capacity in Mild Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202305988

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