楼雄文AM：亲锌铜位点协同氮掺杂碳纤维实现2000次循环锌金属电池

锌金属负极(ZMAs)的实际应用主要受到锌枝晶生长和副反应导致的有限寿命和低库仑效率(CE)的阻碍。

新加坡南洋理工大学楼雄文等合理设计和开发了一种由嵌入Cu纳米盒的N掺杂碳纤维组成的三维多功能主体（表示为Cu NBs@NCFs），以实现高度可逆的ZMAs。

楼雄文AM：亲锌铜位点协同氮掺杂碳纤维实现2000次循环锌金属电池

图1. 材料制备及表征

具有中空内部和足够空隙空间的3D框架不仅可以容纳Zn沉积物并抑制Zn枝晶生长，还可以降低局部电流密度并缓冲快速的体积变化。实验观察和DFT计算表明，具有强Zn结合能力的亲锌Cu和Cu-Zn固溶体可以有效降低Zn的成核过电位，使Zn沉积均匀化。此外，这种分级Cu NBs@NCFs主体可能会促进具有更多暴露（002）面的Zn的沉积，有利于光滑和致密的Zn沉积。

楼雄文AM：亲锌铜位点协同氮掺杂碳纤维实现2000次循环锌金属电池

图2. 半电池性能

正如预期的那样，Cu NBs@NCFs主体可以在5 mA cm^-2下以高CE的Zn沉积/剥离维持超过1000次循环。此外，Cu NBs@NCFs-Zn对称电池在2 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下具有超过450小时的长期循环寿命，并具有低电压滞后。

当与Mn₂O₃-ZnMn₂O₄正极结合使用时，组装的全电池表现出低极化、良好的倍率性能和出色的2000次循环耐久性。预计这项工作将为设计和开发用于下一代可充电池的无枝晶和稳定ZMA的3D亲锌主体提供有价值的见解。

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图3. 全电池性能

Nitrogen-Doped Carbon Fibers Embedded with Zincophilic Cu Nanoboxes for Stable Zn Metal Anodes. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200342

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