陈月皎/陈立宝AFM：高性能锌电池24μm超薄复合锌负极

锌金属负极会出现不可控的枝晶和寄生反应，这往往需要大厚度的锌箔，从而导致容量过剩，利用率极低。

图1 材料制备及表征

中南大学陈月皎、陈立宝等开发了一种超薄的Zn复合负极（24 μm）。具体而言，这项工作采用真空蒸发法在铜箔上制备一个稳定的疏水层，包括重新聚合的四氟乙烯和碳化成分（表示为(C₂F₄)_n-C@Cu)，以引导Zn²⁺的均匀沉积而不产生枝晶和副反应；进一步在预沉积5 mAh cm^-2的锌后，可以得到厚度为≈24 μm的超薄复合锌负极C₂F₄)_n-C@Cu@Zn。(C₂F₄)_n链使C₂F₄)_n-C@Cu界面具有较低的吸附能，可使电荷在该层下转移更多。

此外，由于其良好的疏水性，该保护层可以防止H₂O对沉积锌的破坏。同时，该层中半离子状态的氟的存在可以作为亲锌位点来诱导Zn²⁺的快速转移。

图2 半电池性能

受益于上述优势，C₂F₄)_n-C@Cu电极在2 mA cm^-2的条件下，在3000次循环中表现出99.6%的高平均CE。以商业化的20 μm锌箔为基准，C₂F₄)_n-C@Cu@Zn负极实现了更高的稳定性（在1 mA cm^-2下1200小时），而20μm锌箔只有100小时。

此外，当与V₂O₅正极配对时，Zn复合负极使全电池在2500次循环后实现了88%的保留率。

图3 全电池性能

Engineering an Ultrathin and Hydrophobic Composite Zinc Anode with 24 µm Thickness for High-Performance Zn Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202303466