李成超/叶明晖AFM：原位保护层同时调节锌金属负极的离子分布和脱溶活化能

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李成超/叶明晖AFM：原位保护层同时调节锌金属负极的离子分布和脱溶活化能
尽管具有高比容量、低成本和高安全性的优点，但水系锌金属电池（AZMB）的实际应用受到锌金属负极的枝晶生长和腐蚀反应的困扰。
李成超/叶明晖AFM：原位保护层同时调节锌金属负极的离子分布和脱溶活化能
图1. 锌/电解质界面电化学行为的示意图
广东工业大学李成超、叶明晖等通过简单的水热法在Zn箔上原位构建了Zn3(PO4)·4H2O保护层(Zn@ZnPO)，并避免了传统的浆料涂覆工艺，以解决上述问题。研究显示，ZnPO保护层具有以下优势：
1）非导电ZnPO膜在调节Zn2+离子的均匀分布方面起到了离子筛选作用，避免了Zn枝晶的生长；
2）ZnPO层可确保Zn2+离子沉积在其自身下方，并适应循环期间Zn负极的动态体积变化；
3）与裸锌负极（55.93 kJ mol−1）相比，Zn@ZnPO较低的去溶剂化活化能为35.25 kJ mol−1，因此有助于溶剂化[Zn(H2O)6] 2+的脱水，从而改善AZMB的转移动力学；
4）致密的ZnPO层能够显著排斥水分子，抑制Zn金属负极的腐蚀和钝化。
李成超/叶明晖AFM：原位保护层同时调节锌金属负极的离子分布和脱溶活化能
图2. 半电池性能
得益于这些优势，基于Zn@ZnPO的电池在面积容量为1mAh cm−2和5mA cm−2电流密度情况下，经过1976小时后显示出≈57.3mV的低电压滞后。在相同的测试条件下，Cu//Zn@ZnPO半电池在927次循环内提供了99.8%的平均CE。
此外，与商用V2O5或MnO2正极配对，Zn@ZnPO// V2O5和Zn@ZnPO// MnO2全电池相较于裸锌全电池表现出更低的电压极化和优异的循环稳定性。
李成超/叶明晖AFM：原位保护层同时调节锌金属负极的离子分布和脱溶活化能
图3. 全电池性能
Regulation of Ionic Distribution and Desolvation Activation Energy Enabled by In Situ Zinc Phosphate Protective Layer toward Highly Reversible Zinc Metal Anodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202208230

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