​河北大学张宁ACS Nano：碘化物离子定向沉积锌金属负极用于稳定水系锌电池

水系可充锌电池具有安全性高、资源丰富、无毒环保等优点，在大规模储能领域中具有良好的应用前景。然而，传统金属锌负极以(101)织构为主，存在严重的枝晶生长、氢析出、腐蚀等问题，可逆性差、循环寿命短，阻碍了水系锌电池的发展。

在此，河北大学张宁团队提出了一种碘离子辅助电沉积策略，通过在传统硫酸锌电解液加入适量的碘离子(如碘化钠)可以引导锌离子取向电沉积，实现了高度(002)织构金属锌(简写为H-(002)-Zn)的可控制备，其(002)晶面相对织构系数(RTC值)高达99.88%，且(002)晶面与(101)晶面强度比值达400.9。

结合实验表征和理论计算模拟，揭示了碘离子添加剂对锌晶面取向演变、锌成核以及生长过程的作用机制。该工作所制备的H-(002)-Zn负极能有效抑制枝晶和氢析出，其平均库伦效率达99.88%，并实现了超长的循环寿命(6700 h，> 9个月)。相比于传统(101)-Zn负极，基于H-(002)-Zn负极构建的全电池(如H-(002)-Zn//VOH和H-(002)-Zn//MnO₂)具有更加优异的电化学性能。

图1. 制备流程

总之，该工作报道了一种简单的碘离子（I^–）辅助电沉积策略，该策略可以大规模制备高（002）晶面织构的Zn金属负极（H-（002）-Zn）。理论和实验表征表明，I^–添加剂的存在可以显著提高Zn（100）平面的生长速率，使Zn成核均匀化，并促进电镀动力学，从而实现均匀的H-（002）-Zn电沉积。

以传统ZnSO₄基电解质和商用Cu衬底的电解槽为模型系统，随着NaI添加剂浓度的增加，Zn织构从（101）逐渐转变为（002）。在优化的1M ZnSO₄+0.8M NaI电解质中，所制备的H-（002）-Zn具有紧凑的结构和（002）与（101）信号的超高强度比，而不包含（100）信号。因此，该项工作将为实际的水系锌电池高效电合成高性能锌负极提供启示。

图2. 电池性能

Orientational Electrodeposition of Highly (002)-Textured Zinc Metal Anodes Enabled by Iodide Ions for Stable Aqueous Zinc Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08095