陈人杰/李丽NML：通过增加成核过电位实现高可逆的锌金属负极

枝晶的形成严重影响了锌离子电池（ZIBs）的进一步发展。增加成核过电位对实现金属离子的均匀沉积起着至关重要的作用。然而，据悉，这一策略还没有引起研究人员的足够重视。

图1 过电位对锌沉积过程影响的示意图和不同电解液沉积锌的形貌

北京理工大学陈人杰、李丽等将L-酒石酸钠（Na-L）这种典型的络合剂引入ZnSO₄（ZS）电解液中，以调节无枝晶的ZIBs的成核过电位。

实验和理论模拟显示，L-酒石酸阴离子（L-）可以进入Zn²⁺的初级溶剂化壳，减少H₂O分子的数量并适当增加去溶剂化能垒。此外，Na⁺可以优先吸附在Zn金属负极上，并在突出的Zn突起周围诱导出一个动态静电屏蔽层，从而阻碍简单的针状Zn沉积。

图2 Na‑L在锌沉积中作用的物理化学研究

因此，在Na-L添加剂的作用下，改性电解液（ZS-Na-L）中的Zn成核过电位可以从28.3 mV增加到45.9 mV。

因此，ZS-Na-L电解液使Zn-Cu电池在电流密度为10 mA cm^-2的情况下，在600次循环中具有约99.8%的高库仑效率（CE）。此外，在10 mA cm^-2的电流密度下，具有优化电解液的Zn-Zn电池表现出稳定的Zn沉积，持续时间约为500小时。

最后，具有高质量负载Li₂MnO₄（LMO）正极（约12 mg cm^-2）的Zn全电池在500次循环后提供了90 mAh g^-1的稳定放电容量。这些结果证明了成核过电位对锌沉积的重要性，并为其他金属负极提供了一个研究范式。

图3 电化学性能研究

Highly Reversible Zn Metal Anodes Enabled by Increased Nucleation Overpotential. Nano-Micro Letters 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01136-z

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