孙海珠/王绍磊/邓明虓EnSM：球形锌金属生长机制助力超快沉积/剥离动力学

水系锌电池因其高安全性和大理论容量而受到广泛关注。然而，锌金属负极固有的六边形薄片堆积机制会导致锌枝晶生长不可控，电化学性能较差。

图1 材料表征及理论计算

东北师范大学孙海珠、王绍磊、邓明虓等首次提出了利用石墨烯量子点（GQDs）通过沉积工艺辅助生长球形锌金属的创新机制。研究显示，Zn²⁺与GQDs之间最强的吸附能会使GQDs优先产生Zn团簇，然后在GQDs周围理想地形成Zn核。在随后的剩余Zn²⁺沉积之后，在泡沫铜骨架上制备出均匀的复合Zn球。

值得注意的是，在重复沉积/剥离过程中，固定在基质中的GQDs内核总能导致可回收的球形锌生长过程。结合锌（002）的优先晶体结构，显著的球形锌金属负极达到了稳定的热力学特性，从而有效抑制了锌枝晶的生长和副反应的发生。

图2 半电池性能

受益于上述优势，在5 mA cm^-2和1 mAh cm^-2条件下，Cu@GQDs@Zn-10显示出1861次循环的超长库仑效率（CE）稳定性，平均CE高达99.9%，即使在20 mA cm^-2的超高电流密度下，仍能保持908次循环的稳定性。

此外，基于MnO₂正极的软包全电池即使在变形状态下也能驱动LED。这项工作为设计新型锌金属负极提供了一种新的机制，彻底避免了传统六边形锌金属负极的天然缺陷，对水系锌电池的实际应用具有重要意义。

图3 全电池性能

Spherical metal mechanism toward revolution of Zn growth for ultrafast plating/stripping kinetics. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102934

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