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　　【研究背景】

　　與鋰、鈉和鉀等堿金屬相比，鋅金屬具有較低的價(jià)格、較高的地殼豐度、較高的水環(huán)境穩(wěn)定性以及較低的氧化還原電位(?0.76 V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極）和高比容量（5855 mAh-cm?3).所有這些優(yōu)點(diǎn)共同使得水性鋅離子電池（AZIB）被視為商業(yè)化最具吸引力的候選產(chǎn)品之一，相關(guān)研究也逐漸成為新能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)。不幸的是，枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)這一棘手的問題將無法解決鍍鋅/剝鋅過程中嚴(yán)重?fù)p壞陽極-電解液界面過程中，導(dǎo)致不可控的鋅沉積，這都成為了阻礙水系鋅離子電池商業(yè)化的重大難題，如何解決這些問題成為了當(dāng)前研究的重中之重。

　　【文章簡(jiǎn)介】

　　近日，來自深圳大學(xué)的張培新教授團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際知名期刊Advanced Functional Materials上發(fā)表題為“A New Insight into Ultrastable Zn Metal Batteries Enabled by In Situ Built Multifunctional Metallic Interphase‘’的研究文章，提出了一種通過電解液添加在負(fù)極表面原位構(gòu)建一層金屬界面相的鋅負(fù)極改性方法，形成的銦金屬界面相不僅能夠抑制枝晶生長(zhǎng)，誘導(dǎo)鋅均勻沉積，同時(shí)還能抑制副反應(yīng)的發(fā)生，從而達(dá)到保持鋅離子電池超穩(wěn)定循環(huán)的目，為鋅負(fù)極保護(hù)研究提供了新的思路。

　　圖1：原位構(gòu)建多功能金屬界面相的示意圖。

　　【本文要點(diǎn)】

　　要點(diǎn)一：原位構(gòu)建的銦金屬界面相增強(qiáng)鋅負(fù)極抗腐蝕和抑制枝晶功能的表征

　　通過簡(jiǎn)單的電解液添加的方法原位構(gòu)建多功能金屬界面相。相比于鋅金屬，銦具有更高的還原電位（-0.338V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極），因此，在電池靜置過程中，銦離子能夠在溶液中與鋅金屬自發(fā)地進(jìn)行置換反應(yīng)，從而在鋅金屬表面形成一層銦金屬鍍層。通過SEM、EDS、XRD、DFT計(jì)算等證明銦金屬界面相對(duì)副產(chǎn)物生成的抑制以及對(duì)調(diào)節(jié)Zn（002）面優(yōu)先沉積的作用，通過測(cè)量循環(huán)后電池厚度來證明界面相抑制析氫的作用。

　　圖2：原位構(gòu)建的銦金屬界面相對(duì)抗腐蝕性能的表征。

　　圖3：原位構(gòu)建多功能金屬界面相對(duì)副產(chǎn)物生成和枝晶生長(zhǎng)的抑制作用的表征。

　　要點(diǎn)二：鋅沉積模式的原位/非原位觀察

　　通過原位光學(xué)顯微鏡在線監(jiān)測(cè)鋅負(fù)極在沉積過程中鋅的生長(zhǎng)情況，可以發(fā)現(xiàn)在未改性的鋅箔表面，鋅沉積呈現(xiàn)一種無序的狀態(tài)，鋅傾向于在不均勻分布的成核位點(diǎn)上持續(xù)生長(zhǎng)，最終形成枝晶，而改性后的鋅負(fù)極表面鋅沉積是均勻而平整的。通過非原位的SEM表征在微觀層面上也能觀察到類似的沉積模式。

　　圖4：鋅沉積過程的原位／非原位觀察。

　　要點(diǎn)三：鋅負(fù)極穩(wěn)定性和全電池電化學(xué)性能

　　圖5.對(duì)稱電池測(cè)試表征鋅負(fù)極穩(wěn)定性。

　　圖6.Zn-V2O5全電池電化學(xué)性能。

　　要點(diǎn)四：總結(jié)

　　本文通過簡(jiǎn)單的電解液添加的方法原位構(gòu)建了多功能的銦金屬負(fù)極—電解液界面相，這種堅(jiān)固的界面相表現(xiàn)出良好的環(huán)境穩(wěn)定性，通過隔離鋅負(fù)極和水系電解液，可以有效抑制析氫和腐蝕的副反應(yīng)。此外，由于鋅原子與In(002)平面之間存在較強(qiáng)的電子相互作用，Zn(002)與In(002)平面之間存在較低的失配，鋅沉積更傾向于沿著光滑的Zn（002）面生長(zhǎng)。結(jié)果表明，通過電解液添加劑改性可以獲得超穩(wěn)定的鋅負(fù)極，并提高Zn-V2O5全電池的電化學(xué)性能。

　　【文章鏈接】

　　A New Insight into Ultrastable Zn Metal Batteries Enabled by In Situ Built Multifunctional Metallic Interphase

　　https://doi.org/10.1002/adfm.202109749.

　　【通訊作者簡(jiǎn)介】

　　張培新，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院二級(jí)教授，先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目子課題、廣東省自然科學(xué)基金等40多項(xiàng)課題。獲省級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)4項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)，獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)16件，出版專著2部，發(fā)表論文320多篇，其中包括Chem.Soc.Rev.,Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Mater.,Adv.Energy Mater.,Adv.Funct.Mater.,Nano Energy等國(guó)際著名期刊。