上大吴明红/吴超等Small Methods: 二维阴离子纳米片填充的人工保护层实现无枝晶锌金属负极

金属锌 (Zn) 被认为是水系电池的理想负极材料，但会受到Zn枝晶的生长及其与水系电解液的副反应的阻碍，人工保护层的构建为解决与锌负极相关的问题提供了一种简便而有前景的策略。

在此，上海大学吴明红教授、吴超教授、杜飞虎等人开发了一种人造聚合物基保护层，其中填充了新型2D 吸附Zn²⁺的Sb₃P₂O₁₄^3-（表示为Zn-Sb₃P₂O₁₄）纳米片，以调节Zn电沉积。

Zn-Sb₃P₂O₁₄保护层不仅避免了与水系电解液的直接接触以抑制副反应，而且允许锌离子快速通过保护层。此外，带负电荷的二维Sb₃P₂O₁₄^3-骨架也限制了锌离子沿锌阳极侧面的二维扩散，从而使沉积均匀。

图1. Zn-Sb₃P₂O₁₄纳米片保护层的合成及表征

因此，这种独特的保护层不仅能够在200次循环中实现高达99.2% 的锌电镀/剥离的高库伦效率，而且可以使对称Zn||Zn电池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下维持超过1300小时循环，在10 mA cm^-2和 10 mAh cm^-2下循环450小时。

此外，通过这种受保护的锌负极与MnO₂正极配对，1 A g^-1下1000次循环后仍可提供111.7 mAh g^-1的放电容量，这为锌金属负极制造高效保护层提供了一种新策略。

图2. Zn||MnO₂全电池的电化学性能

Dendrites-Free Zn Metal Anodes Enabled by an Artificial Protective Layer Filled with 2D Anionic Nanosheets, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100650

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