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鋅金屬負極(ZMAs)的實際應用主要受到鋅枝晶生長和副反應導致的有限壽命和低庫侖效率(CE)的阻礙。

新加坡南洋理工大學樓雄文等合理設計和開發了一種由嵌入Cu納米盒的N摻雜碳纖維組成的三維多功能主體（表示為Cu NBs@NCFs），以實現高度可逆的ZMAs。

樓雄文AM：親鋅銅位點協同氮摻雜碳纖維實現2000次循環鋅金屬電池

圖1. 材料制備及表征

具有中空內部和足夠空隙空間的3D框架不僅可以容納Zn沉積物并抑制Zn枝晶生長，還可以降低局部電流密度并緩沖快速的體積變化。實驗觀察和DFT計算表明，具有強Zn結合能力的親鋅Cu和Cu-Zn固溶體可以有效降低Zn的成核過電位，使Zn沉積均勻化。此外，這種分級Cu NBs@NCFs主體可能會促進具有更多暴露（002）面的Zn的沉積，有利于光滑和致密的Zn沉積。

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圖2. 半電池性能

正如預期的那樣，Cu NBs@NCFs主體可以在5 mA cm^-2下以高CE的Zn沉積/剝離維持超過1000次循環。此外，Cu NBs@NCFs-Zn對稱電池在2 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下具有超過450小時的長期循環壽命，并具有低電壓滯后。

當與Mn₂O₃-ZnMn₂O₄正極結合使用時，組裝的全電池表現出低極化、良好的倍率性能和出色的2000次循環耐久性。預計這項工作將為設計和開發用于下一代可充電池的無枝晶和穩定ZMA的3D親鋅主體提供有價值的見解。

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圖3. 全電池性能

Nitrogen-Doped Carbon Fibers Embedded with Zincophilic Cu Nanoboxes for Stable Zn Metal Anodes. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200342

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