可充電水相鋅離子電池具有高能量密度、低氧化還原電位、低成本和安全的優(yōu)點(diǎn)，然而其循環(huán)性能嚴(yán)重不足的缺點(diǎn)制約了該領(lǐng)域的研究進(jìn)展。
近日，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員、山東大學(xué)講席教授李玉良院士和山東大學(xué)教授薛玉瑞巧妙利用石墨炔富炔結(jié)構(gòu)、孔洞結(jié)構(gòu)與金屬原子之間不完全電荷轉(zhuǎn)移和空間限域效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了Zn電極從“金屬原子”到“團(tuán)簇”、“納米平面”再到“異質(zhì)界面”的逐步可控生長(zhǎng)。這也是迄今為止發(fā)現(xiàn)的第一種可以控制實(shí)現(xiàn)金屬電極從“原子尺度到超平面結(jié)構(gòu)”可控生長(zhǎng)的材料，為實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性鋅負(fù)極的制備提供了新策略。通過(guò)將鋅原子錨定在石墨炔上獲得的水鋅離子電池電極具有優(yōu)異的電鍍/剝離可逆性和使用壽命，即使在高電流密度下也沒(méi)有任何鋅枝晶和副反應(yīng)。
圖1: (a)Zn/GDY電極制備流程及可逆沉積-剝離過(guò)程示意圖；(b) Zn/GDY電極的截面掃描電鏡圖片和元素分布。 圖2: 電極沉積過(guò)程中(a-d) Zn原子，(e-h) Zn納米簇，(i，j) Zn納米平面和(k, l) Zn/GDY異質(zhì)界面高分辨形貌表征。 圖3: 剝離過(guò)程中(a, b) Zn/GDY異質(zhì)結(jié)構(gòu)，(c, d) Zn納米平面，(e, f) Zn納米簇，以及(g, h) Zn原子高分辨形貌表征；(i-l) Zn沉積和剝離過(guò)程中的XPS譜；(m) Zn/GDY原位深度剖析XPS譜；Zn/GDY電極沉積/剝離過(guò)程中的原位(n)Raman和(o)XRD衍射圖譜。 圖4：(a, b) 鋅箔和(c, d) Zn/GDY電極的光學(xué)和掃描電鏡圖片。(e-g) 鋅箔和Zn/GDY沉積過(guò)程示意圖。(h, i) 鋅箔和(j, k) Zn/GDY電極循環(huán)10次和500次后的掃描電鏡圖片。(l, m) 10 mA cm-2與30 mA cm-2的電流密度下Zn與Zn/GDY電極對(duì)稱電池循環(huán)曲線(n)循環(huán)性能與已報(bào)道性能的比較。 綜上所述，研究者提出了一種新的逐步可逆誘導(dǎo)金屬納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的方法，并首次實(shí)現(xiàn)了從金屬原子生長(zhǎng)到大面積有序結(jié)構(gòu)異質(zhì)界面的可控誘導(dǎo)生長(zhǎng)，抑制了鋅枝晶的形成和副反應(yīng)的發(fā)生，從而使對(duì)稱電池具有較高的電鍍/剝離可逆性和壽命，在10.0 mA cm-2和30.0 mA cm-2的電流密度下，組裝的對(duì)稱電池實(shí)現(xiàn)了超過(guò)16000圈和3800圈的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。這種簡(jiǎn)單高效的電極可控制備策略為新一代水系鋅離子儲(chǔ)能提供了一種新思路。 論文信息 Step by Step Induced Growth of Zinc-Metal Interface on Graphdiyne for Aqueous Zinc-Ion Batteries Xiaoyu Luan, Lu Qi, Zhiqiang Zheng, Yaqi Gao, Yurui Xue *, and Yuliang Li * Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202215968
