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中南侯紅帥AEM：可大規(guī)模制備的多功能界面層實(shí)現(xiàn)2500次循環(huán)鋅電池！

具有高體積容量的鋅金屬負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用受到枝晶生長(zhǎng)和伴隨的界面寄生反應(yīng)的嚴(yán)重困擾。

中南大學(xué)侯紅帥等合理設(shè)計(jì)了一種具有豐富極性官能團(tuán)（CHO和C≡N）的高產(chǎn)率碳點(diǎn)（CDs），并將其作為功能性人工界面層，以優(yōu)化具有大規(guī)模可行性的電解質(zhì)/Zn界面。

圖1 理論模擬和示意圖

在此，作者通過簡(jiǎn)便的一鍋水熱法成功實(shí)現(xiàn)了CDs的大規(guī)模制備，然后通過刮刀涂層技術(shù)在Zn負(fù)極上構(gòu)建了多功能人工界面層。由于對(duì)Zn的更強(qiáng)結(jié)合作用和更均勻的電場(chǎng)分布，親鋅和惰性CDs層不僅可以誘導(dǎo)均勻的Zn沉積并抑制枝晶生長(zhǎng)，而且由于對(duì)SO₄^2-的靜電排斥以及H₂O和Zn負(fù)極之間的接觸減少，還可以減輕Zn的侵蝕并降低水的反應(yīng)性。因此，利用CDs界面層的兩個(gè)關(guān)鍵功能，成功地改善了Zn²⁺反應(yīng)動(dòng)力學(xué)并增強(qiáng)Zn負(fù)極的電化學(xué)穩(wěn)定性。

圖2 CDs層對(duì)Zn可逆性和副反應(yīng)的影響

結(jié)果，采用CDs層的高可逆電極不僅使對(duì)稱電池在1 mA cm^-2下具有穩(wěn)定的電壓滯后，并且持久運(yùn)行3000小時(shí)，而且大大提高了Zn||Cu非對(duì)稱電池的庫侖效率（在0.5 mA cm^-2和0.5 mAh cm^-2下循環(huán)1000次，CE超過99.3%）。

最令人鼓舞的是，當(dāng)與Na摻雜的V₂O₅(NVO)正極配對(duì)時(shí)，Zn@CDs||NVO全電池也實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（在5 A g^-1下2500次循環(huán)后容量為139.2 mAh g^-1）和倍率性能(返回0.5 A g^-1循環(huán)時(shí)容量保持率為97.6%)。這種可行且有效的功能性CDs層的制備為穩(wěn)定的無枝晶金屬極開辟了一條新途徑。

圖3 Zn||NVO全電池性能

High-Yield Carbon Dots Interlayer for Ultra-Stable Zinc Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200665

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