薛军民/田浩/陈涛Adv. Sci.：铁电极化+畴结构协同效应实现稳定可逆锌负极！

锌（Zn）负极存在倾向于形成不受控制的Zn电沉积物及在Zn-电解液界面发生副反应的缺点，这严重阻碍了水系可充电锌基电池的广泛应用。

在此，新加坡国立大学薛军民教授、哈尔滨工业大学田浩教授及南京理工大学陈涛等人提出了一种铁电畴介导的策略，通过在锌箔上涂覆铁电四方KTa_0.54Nb_0.46O₃（t-KTN）层来控制Zn电镀行为并实现可控的Zn生长。其中，KTN的铁电-顺电相变温度（TC）可通过调节Ta/Nb组成来控制。此外，KTN单晶的成分梯度可以影响相变过程中的极化取向（沿晶体取向从各向同性到各向异性），旨在改善畴构型对反应界面处电场分布和离子传输的影响。在铁电四方KTN晶体中，Nb⁵⁺显示出沿晶体取向的偏心位移，从而导致自发极化。

由于自发极化的特性，与极化方向相反的带负电的铁电体表面在镀锌过程中会吸引大量的锌离子，从而保证高浓度的锌离子在反应界面电沉积锌。相反，相邻的带正电表面（沿极化方向）会排斥带相同电荷的阳离子，但会吸引带相反电荷的阴离子，从而避免由阴离子浓度梯度引起的空间电荷。

图1. Zn@t-KTN负极的形态演变

因此，受益于铁电极化和畴结构的协同效应，在锌负极表面形成的排列良好的锌层状阵列可以促进锌离子传输和层间阵列内的选择性锌沉积，这种独特的沉积行为可有效消除锌枝晶的形成和生长。电化学测试结果表明，基于Zn@t-KTN 电极组装的对称电池在1 mA cm^-2的电流密度和1 mAh cm^-2的面积容量下实现了1200小时的超长循环寿命和30 mV的低电压滞后。

此外，基于Zn@t-KTN负极和NaV₃O₈·1.5H₂O（NVO）正极的全电池也表现出增强的倍率性能和长期循环寿命，在5 A g^-1的高电流密度下循环5500次后仍具有76.3% 的容量保持率。此外，这种新颖的铁电畴介导的金属沉积策略也可以扩展到其他高能可充电电池的金属负极。

图2. Zn@t-KTN//NVO全电池的电化学性能

Unveiling the Synergistic Effect of Ferroelectric Polarization and Domain Configuration for Reversible Zinc Metal Anodes, Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202105980

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