哈工大张乃庆/张宇AM：(101)纹理锌金属负极实现水系锌离子电池的长寿命和高容量

水系锌金属电池因其安全性高、成本低而被认为具有储能潜力。然而，锌电池的实际应用受到枝晶生长和副反应的限制。外延生长被认为是稳定锌阳极的有效方法，特别是对控制沉积锌的（002）平面。然而，（002）纹理锌由于其大的晶格畸变和不均匀的电场分布，难以在高容量下实现稳定的循环。

图1. (101)-Zn的制备示意

哈尔滨工业大学张乃庆、张宇等构建了一种具有高度（101）纹理的新型锌阳极（简称为(101)-Zn）。实验结果结合理论计算表明，(101)-Zn具有很强的外延效应，可确保在高面容量下实现较小的晶格畸变循环。与（002）纹理锌相比，尽管该循环在低面容量下取得了良好的效果，但失配程度的积累和电场分布的不均匀导致了其在高面容量下的循环失败。此外，(101)- Zn晶界面积的减小与其高析氢演化能垒相结合，可有效保持电极界面的pH值稳定性，抑制副反应的发生。

图2. 半电池性能

因此，(101)-Zn对称电池在1至40 mA cm^-2的不同电流密度下均表现出良好的稳定性，甚至达到了10.7 Ah cm^-2的超高累积容量，并且在5300小时（2 mAh cm^-2，4 mA cm^-2）和330小时（10 mAh cm^-2，15 mA cm^-2）内表现出卓越的稳定性。此外，组装的Zn//MnO₂全电池也表现出超过1000次循环的长周期稳定性。

图3. 全电池性能

Construct Robust Epitaxial Growth of (101) Textured Zinc Metal Anode for Long Life and High Capacity in Mild Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202305988

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哈工大张乃庆/张宇AM：(101)纹理锌金属负极实现水系锌离子电池的长寿命和高容量

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