​王欢ACS Energy Letters：-30℃低温锌金属电池，循环1400次容量保持100%！

水系锌（Zn）离子电池由于其低成本和本征安全性，已经吸引了越来越多的关注。然而，在零度以下的温度下，缓慢的动力学严重地加剧了锌枝晶的生长，这阻碍了它们在寒冷环境中的应用。

南开大学王欢等制备了原子分散的Bi-N₄位点，以促进零下温度下的锌沉积动力学，用于高倍率和无枝晶的锌金属电池。

图1. 锌成核和沉积示意

这种独特的结构使高倍率和低温的锌金属负极成为可能，因为它具有以下特点：

(i) Bi-N₄位点可以作为成核种子，引导Zn成核和沿面内方向沉积；

(ii) Bi-N₄的最大暴露可以大大增加Zn成核的传播；

(iii)不饱和协调Bi中心可以促进电子/电荷的快速转移。这些因素共同促进了零下温度下锌金属的成核动力学，有助于实现均匀沉积和稳定循环。

图2. 半电池性能

受益于动力学的提升，Bi-N₄物种在-30℃的温度和5 mA cm^-2的条件下呈现出高度可逆和无枝晶的锌沉积/剥离行为，1600次循环中平均库仑效率为99.4%，并且在对称电池中延长了寿命至600次。此外，低温全电池也被证明在以0.5 A g^-1下循环1400次后具有近100%的容量保持。总之，这项工作显示了单原子在操纵低温金属电池成核行为方面的可行性。

图3. 低温全电池性能

Enabling Low-Temperature and High-Rate Zn Metal Batteries by Activating Zn Nucleation with Single-Atomic Sites. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02042