水系鋅電池因其高安全性和大理論容量而受到廣泛關注。然而,鋅金屬負極固有的六邊形薄片堆積機制會導致鋅枝晶生長不可控,電化學性能較差。圖1 材料表征及理論計算東北師范大學孫海珠、王紹磊、鄧明虓等首次提出了利用石墨烯量子點(GQDs)通過沉積工藝輔助生長球形鋅金屬的創新機制。研究顯示,Zn2+與GQDs之間最強的吸附能會使GQDs優先產生Zn團簇,然后在GQDs周圍理想地形成Zn核。在隨后的剩余Zn2+沉積之后,在泡沫銅骨架上制備出均勻的復合Zn球。值得注意的是,在重復沉積/剝離過程中,固定在基質中的GQDs內核總能導致可回收的球形鋅生長過程。結合鋅(002)的優先晶體結構,顯著的球形鋅金屬負極達到了穩定的熱力學特性,從而有效抑制了鋅枝晶的生長和副反應的發生。圖2 半電池性能受益于上述優勢,在5 mA cm-2和1 mAh cm-2條件下,Cu@GQDs@Zn-10顯示出1861次循環的超長庫侖效率(CE)穩定性,平均CE高達99.9%,即使在20 mA cm-2的超高電流密度下,仍能保持908次循環的穩定性。此外,基于MnO2正極的軟包全電池即使在變形狀態下也能驅動LED。這項工作為設計新型鋅金屬負極提供了一種新的機制,徹底避免了傳統六邊形鋅金屬負極的天然缺陷,對水系鋅電池的實際應用具有重要意義。圖3 全電池性能Spherical metal mechanism toward revolution of Zn growth for ultrafast plating/stripping kinetics. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102934