北化邵明飞等Nano Energy：构建无枝晶锂/钠/钾/锌金属负极的通用策略

有效抑制金属负极（如锂、钠、钾和锌）的枝晶生长已成为金属基电池的共识。然而，对于伴随着不同化学环境（例如溶剂效应、电负性和离子半径）的不同金属电池，开发一种通用的方法来构建无枝晶金属负极是一个巨大的挑战。

北京化工大学邵明飞、Bowen Jin等报道了一种通过“F”杂原子掺杂的TiO₂纳米棒阵列诱导Li、Na、K和Zn均匀成核的策略。

北化邵明飞等Nano Energy：构建无枝晶锂/钠/钾/锌金属负极的通用策略

图1. 材料制备及表征

密度泛函理论(DFT)计算表明，F杂原子可以作为电负性中心来降低Li、Na、K和Zn的吸附能，从而增强亲核性和低成核过电位。因此，作者在碳布（CC）上构建了独立的3D TiO₂-F阵列（CC/TiO₂-F），它不仅实现了Li、Na、K和Zn的均匀成核，而且还缓冲了金属沉积和剥离过程中的体积膨胀，从而使电池获得高库伦效率（CE）和长循环寿命。

北化邵明飞等Nano Energy：构建无枝晶锂/钠/钾/锌金属负极的通用策略

图2. CC/TiO₂-F上的锂沉积剥离过程

实验显示，CC/TiO₂-F基 Li、Na、K和Zn对称电池2 mA cm^-2下的循环寿命分别高达1100 小时、530小时、720小时和 510小时，分别是其CC基裸电池的 4.4、26.5、24.1和25.5倍。

此外，使用CC/TiO₂-F@Li与LiFePO₄ (LFP)或硫组装的全电池也具有高初始容量和高容量保持率。组装的锂硫软包电池在平坦和弯曲状态下也表现出高容量和长循环。因此，这项工作为开发具有高容量和安全性的各种金属负极电池提供了一种新策略。

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图3. 对称电池性能

Fluorine Enhanced Nucleophilicity of TiO2 Nanorod Arrays: A General Approach for Dendrite-Free Anodes towards High-Performance Metal Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106837

北化邵明飞等Nano Energy：构建无枝晶锂/钠/钾/锌金属负极的通用策略

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