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，然而其循環(huán)性能嚴(yán)重不足的缺點制約了該領(lǐng)域的研究進(jìn)展。
近日，中國科學(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。這也是迄今為止發(fā)現(xiàn)的第一種可以控制實現(xiàn)金屬電極從“原子尺度到超平面結(jié)構(gòu)”可控生長的材料，為實現(xiàn)高穩(wěn)定性鋅負(fù)極的制備提供了新策略。通過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電極對稱電池循環(huán)曲線(n)循環(huán)性能與已報道性能的比較。 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)生長的方法，并首次實現(xiàn)了從金屬原子生長到大面積有序結(jié)構(gòu)異質(zhì)界面的可控誘導(dǎo)生長，抑制了鋅枝晶的形成和副反應(yīng)的發(fā)生，從而使對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，組裝的對稱電池實現(xiàn)了超過16000圈和3800圈的長循環(huán)穩(wěn)定性。這種簡單高效的電極可控制備策略為新一代水系鋅離子儲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
