​郑大上媛媛/北大曹安源AEM：磷掺杂策略实现“混凝土板”状锌层，用于高度稳定的3D复合负极

水系锌电是新一代储能设备有前途的候选者。然而，锌枝晶的生长是其商业化发展的主要障碍。

在此，郑州大学上媛媛&北京大学曹安源等人提出了一种磷掺杂策略来制备高锌亲和力的C₃N₄耦合碳纳米管3D框架(PCN-S)。P的添加促进了Zn的有效结晶，从而在PCN-S表面形成了“混凝土板”状的锌层。此外，P掺杂3D框架具有独特的“释放效应”，有助于电池在大电流下更稳定的循环。

图1. 充放电锌储存机理分析

总之，该工作采用磷掺杂策略来激活C₃N₄封装的碳纳米管海绵骨架，其具有两个显著的优点。首先，受磷活化效应的影响，Zn与3D骨架的复合材料从纯Zn(101)转变为Zn(101)和Zn(002)的混合复合层。其次，P掺杂的3D框架在循环过程中具有独特的“释放效应”。随着循环电流的增加，3D框架的存在有效地减轻了锌层的离子传输压力，从而增强了Zn@PCN-S电极对高电流的耐受性。

结果显示，Zn@PCN-S//Zn@PCN-S 在1~50 mA cm^-2的各种电流密度下具有优异的循环性能。此外，具有Zn@PCN-S负极的水系锌全电池表现出出色的循环性能和稳定的库仑效率。因此，Zn@PCN-S复合电极的制备可以为解决锌负极的关键问题提供理想的解决方案，并为金属锌电池的商业应用提供重要的见解。

图2. 电池性能

Phosphorous-Doping Strategy Enabled “Concrete-Slab”-Like Zn Layer for Highly Stable 3D Composite Anode, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302395