AM：稳定且可逆锌负极的表面优选晶面

兔兔

2021-04-18

水系锌离子电池在很大程度上受到锌（Zn）负极性能不佳的限制，包括差的稳定性和不可逆性。特别地，由表面晶面引起的电化学对比背后的机理仍然相对不清楚，该机理是无基体锌负极电化学特性的决定性因素。有鉴于此，中南大学方国赵教授、周江教授和梁叔全教授等人对具有表面优选（002）晶面的新型负极有了新的了解。

本文要点：

1）通过理论分析和关键的实验证明，揭示了锌负极表面结构特征与界面反应之间的内在联系。对于暴露出更多（002）基面的Zn负极（Zn（002）），锌沉积倾向于沿水平方向开始，引导锌晶体择优取向的生长顺序平行于片的表面。

2）密度泛函理论(DFT)计算验证了这一点，这意味着（002）晶面沿水平方向具有光滑的等势面和更强的吸收能（-0.87 eV）。此外，Zn（002）负极表面H吸附自由能较高，Zn损耗能较低，充放电过程中副反应较少。因此，通过原位光学可视化观察和非原位电子显微镜观察，在Zn（002）负极上观察到了光滑的表面，没有枝晶和副产物。

3）这些特性使Zn（002）负极的循环寿命超过500小时，对称电池的平均库仑效率高达97.71%，并提供了长期循环稳定性和可逆性，与锰和钒耦合的全电池可以提供相当长的循环寿命，甚至可以达到2000次循环。

这项工作为设计用于大规模能量存储的高性能锌负极提供了新的见解，并有可能应用于其他存在不稳定性和不可逆性的金属负极。

Miao Zhou et al. Surface-Preferred Crystal Plane for a Stable and Reversible Zinc Anode. Adv. Mater. 2021, 2100187.

DOI: 10.1002/adma.202100187.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202100187