北理陈人杰AM：首次报道热灌注策略制备稳定的锌金属负极

2023年10月14日下午8:40 • 顶刊解读

具有低成本、高容量、环保特性的金属锌被认为是用于水系储能装置有吸引力的负极材料。然而，枝晶生长和严重的副反应限制了锌金属负极的发展。许多三维（3D）主体被广泛探索以解决这些问题，但将锌金属预存储到结构化电极中是具有挑战性的。

北京理工大学陈人杰等首次报道了一种热灌注策略来制造稳定的复合锌基负极。

图1 材料制备及表征

具体而言，这项工作通过采用多孔铜(PCu)主体的一步熔体灌注策略预存储锌金属来制备复合负极。所获得的PCu@Zn电极具有多层结构、致密和平坦的表面，进一步通过整合各种原位/非原位测试技术的表征，作者发现复合负极由于大的电极/电解液接触面积和CuZn₅合金层能够实现稳定的沉积/剥离形态。同时，在金属锌表面形成的ZnO层抑制了循环过程中的析氢反应（1.8 mmol h^-1 cm^-2）和钝化。

图1 对称电池性能

结果，即使在10 mA cm^-2的高电流密度下，PCu@Zn//PCu@Zn对称电池也表现出1000次无枝晶循环，过电位仅为44 mV。此外，基于PCu@Zn负极和LiMn₂O₄（LMO）正极的全电池具有出色的倍率性能（73 mAh g^-1），远高于裸锌基电池（54 mAh g^-1）。

更有希望的是，水系LMO//PCu@Zn软包电池在300次循环后仍显示出超过94 mAh g^-1的容量保持。相反，基于裸锌金属负极的类似电池在200次循环后仅保持68 mAh g^-1容量。该研究提出了一种用于水系锌离子电池的创新锌负极结构和可扩展的预储存金属锌方法。

图3 全电池性能

Establishing Thermal Infusion Method for Stable Zinc Metal Anodes in Aqueous Zinc-ion Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200782

北理陈人杰AM：首次报道热灌注策略制备稳定的锌金属负极

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