ACS Energy Lett：Zn-Ag合金改善Zn电极的枝晶化现象

纳米技术

2021-01-12

可充电的溶液型锌阳极由于具有安全性、价格合理、理论容量高（5854 mAh cm^-3）等优势，受到了广泛关注，在溶液相电解液中Zn阳极会发生严重的枝晶型金属沉积，因此通常通过Zn的合金改善枝晶现象，但是人们对这种过程中的机理并没有很好的理解。有鉴于此，佐治亚理工学院刘念等首次报道了对合金结构电极中Zn的晶种、非枝晶生长过程机理进行理解，通过在Zn阳极上引入Ag进行合金化，通过调节热力学势能、空间限域作用，Ag修饰Zn阳极的循环性能得以改善，此外作者通过光学显微镜首次现场观测了Zn的沉积过程，这种合金设计在电池中的应用有望用于改善其他金属阳极电池性能。

本文要点：

（1）

将Ag担载于惰性碳纸基底上，随后通过异相晶种成核策略促进Zn均匀的沉积，其中Ag起到两种作用：Ag在Zn中有一定的溶解度，能够消除Zn的异相成核能垒；由于形成Gibbs自由能为负值，在Zn沉积过程中通过形成Zn_xAg_1-x合金晶相，通过Zn²⁺/Zn_xAg_1-x的电化学还原电势更高，同时展示了抗腐蚀性。

（2）

首次在原位观测过程中发现了碱性电解液中的Zn电极沉积现象，这种结果可能同样符合中性、酸性电解液中，以及其他金属阳极（Al, Mg, Na, K等）的机理。

参考文献

Yamin Zhang, Joshua D. Howe, Sarah Ben-Yoseph, Yutong Wu, and Nian Liu*, Unveiling the Origin of Alloy-Seeded and Nondendritic Growth of Zn for Rechargeable Aqueous Zn Batteries, ACS Energy Lett. 2021, 6, 404−412

DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02343

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c02343