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有效抑制金屬負極（如鋰、鈉、鉀和鋅）的枝晶生長已成為金屬基電池的共識。然而，對于伴隨著不同化學環境（例如溶劑效應、電負性和離子半徑）的不同金屬電池，開發一種通用的方法來構建無枝晶金屬負極是一個巨大的挑戰。

北京化工大學邵明飛、Bowen Jin等報道了一種通過“F”雜原子摻雜的TiO₂納米棒陣列誘導Li、Na、K和Zn均勻成核的策略。

北化邵明飛等Nano Energy：構建無枝晶鋰/鈉/鉀/鋅金屬負極的通用策略

圖1. 材料制備及表征

密度泛函理論(DFT)計算表明，F雜原子可以作為電負性中心來降低Li、Na、K和Zn的吸附能，從而增強親核性和低成核過電位。因此，作者在碳布（CC）上構建了獨立的3D TiO₂-F陣列（CC/TiO₂-F），它不僅實現了Li、Na、K和Zn的均勻成核，而且還緩沖了金屬沉積和剝離過程中的體積膨脹，從而使電池獲得高庫倫效率（CE）和長循環壽命。

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圖2. CC/TiO₂-F上的鋰沉積剝離過程

實驗顯示，CC/TiO₂-F基 Li、Na、K和Zn對稱電池2 mA cm^-2下的循環壽命分別高達1100 小時、530小時、720小時和 510小時，分別是其CC基裸電池的 4.4、26.5、24.1和25.5倍。

此外，使用CC/TiO₂-F@Li與LiFePO₄ (LFP)或硫組裝的全電池也具有高初始容量和高容量保持率。組裝的鋰硫軟包電池在平坦和彎曲狀態下也表現出高容量和長循環。因此，這項工作為開發具有高容量和安全性的各種金屬負極電池提供了一種新策略。

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圖3. 對稱電池性能

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

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