研究摘要

鋅負極得益于較高的理論容量（820 mAh g-1）、環(huán)境友好性與良好的安全性是鋅基電池值得研究的方向之一，但不可控的枝晶生長極大地限制了其實際的應用。近日，北京航空航天大學楊樹斌教授研究團隊在《Advanced Energy Materials》發(fā)表最新研究成果，報道了一種特殊的非模量液態(tài)GaIn電極，用于研究Zn負極的失效機理，證明了在Zn電鍍的過程中存在較大的晶格應力，從而導致Zn枝晶的快速生長。為了解決這一問題，設(shè)計制備了一種在柔性MXene層上富含Zn的液態(tài)金屬負極（ZnGaIn），可以有效的釋放在Zn負極電鍍時的應力。與此同時，由于Zn基液態(tài)金屬的存在，Zn的成核能壘得到減小，成核超電勢減小到0V。因此，所制備的柔性Zn基負極可以表現(xiàn)出較長的循環(huán)壽命與高倍率性能。與MnO2電極匹配所制備的ZnGaIn//MXene全電池器件表現(xiàn)處優(yōu)異的穩(wěn)定性與長循環(huán)壽命，為下一代鋅基電池的發(fā)展提供了新的思路。

圖文導讀

圖1.?ZnGaIn//MXene與Zn箔負極的鋅沉積機理：相比于后者，前者可以有效地緩解由Zn電鍍誘導產(chǎn)生的應力，從而限制Zn枝晶的生長。

圖2.?ZnGaIn//MXene負極的Zn電鍍過程原位光學顯微鏡成像。

圖3.?ZnGaIn//MXene負極Zn電鍍前后的SEM圖像與兩種負極的圖像。

圖4.?ZnGaIn//MXene負極及對比樣品的電化學循環(huán)性能。

圖5.?ZnGaIn//MXene-MnO2全電池的電化學性能。

總結(jié)

? ? ??本文通過非模量的液態(tài)GaIn電極證明了Zn電鍍過程中存在的應力問題。通過簡單的刮刀涂覆的格式制備了應力釋放的功能化液態(tài)金屬MXene層，這種應力釋放機理可以有效地抑制Zn枝晶的生長。同時，富含Zn的液態(tài)金屬的存在提供了更多對于Zn沉積的親Zn位點，緩解局部的電荷累積，最終降低成核勢壘。所制備的負極可以穩(wěn)定循環(huán)600小時，所組裝的全電池器件可以穩(wěn)定循環(huán)高達400次