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南開AFM:簡易電解 (111) 織構銅箔用于無枝晶鋅金屬電池

南開AFM:簡易電解 (111) 織構銅箔用于無枝晶鋅金屬電池
水系鋅金屬電池因其高安全性、低損耗、生態(tài)友好性等優(yōu)點,正成為下一代大規(guī)模儲能系統(tǒng)的理想選擇。然而,不可控的鋅枝晶生長和有限的鋅金屬負極利用率限制了其實際應用。
南開AFM:簡易電解 (111) 織構銅箔用于無枝晶鋅金屬電池
在此,南開大學陳軍、嚴振華等人提出了一種基于Cu2+擴散和消耗速率關系優(yōu)化的室溫電沉積策略。作者制備了具有(111)織構的Cu集流體,用于構建具有高可逆性的無枝晶Zn金屬負極。由于Zn的(002)面與Cu的(111)面之間的高晶格匹配,Zn沿其[001]取向沉積在(111)織構的Cu上。
此外,與集流體水平對齊的(002)切面賦予Zn無枝晶的平面結構和優(yōu)越的耐腐蝕性,從而具有高可逆性,壽命超過2186次。最重要的是,由此產生的鋅負極可實現(xiàn)負極與正極容量比要求極高的軟包電池穩(wěn)定運行。
南開AFM:簡易電解 (111) 織構銅箔用于無枝晶鋅金屬電池
圖1. 不同銅箔上沉積鋅的示意圖
總之,該工作報告了在Cu的(111)面上可獲得具有高可逆性的無枝晶鋅金屬負極。研究表明,Zn的(002)晶面與Cu的(111)晶面相匹配,使Zn的(002)晶面與Cu的(111)晶面一致,實現(xiàn)了致密、均勻、無枝晶的鋅沉積模式。同時,(002)表面能最低,使得Zn具有較好的抗腐蝕能力。因此,111-Cu箔可以提供更高的CE(超過99%)同時循環(huán)壽命超過2186次。
除此之外,基于111-Cu@Zn負極組裝的全電池可以在5 mA cm-2的超高電流密度下穩(wěn)定運行640個循環(huán),N/P比低至2.5。此外,111-Cu@Zn負極可以穩(wěn)定軟包電池的運行,其N/P為2。因此,該工作為實現(xiàn)具有特殊晶體取向的織構和高可逆性無枝晶金屬負極的可持續(xù)發(fā)展提供了有效指導。
南開AFM:簡易電解 (111) 織構銅箔用于無枝晶鋅金屬電池
圖2. 電池性能
Facile Electrolytic (111) ‐Textured Copper Foil for Dendrite‐Free Zinc Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202315726

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