鑽石舞台

1.研究背景：水系鋅離子電池因其理論容量高、氧化還原電位低、安全無毒、儲量豐富、成本低而受到廣泛關注。然而，鋅負極嚴重的枝晶生長會導致充放電過程中較差的電化學性能；同時由於鋅金屬的楊氏模量（108 GPa）比一些典型的金屬負極的（如鋰：5 GPa）高得多，枝晶一旦形成，將會非常容易刺破隔膜導致電池死亡。精確調節鋅的水平沉積是抑制枝晶最根本和最有效的策略，通過設計與Zn(002)具有相似晶格排列以及低晶格失配的外延界面可以誘導鋅的沉積沿水平方向進行。目前報道的工作中，引入的外延界面並不是完美貼合，所以在Zn2+/Zn電鍍剝離過程中，外延界面的保護作用會被削弱甚至失效，進而在局部形成枝晶，降低電化學性能。因此，為了實現360°無死角的水平鋅沉積和對負極的全方位保護，在充放電過程中構建一個超共形貼合的外延界面是非常重要的。

2.文章概述：武漢大學付磊和曾夢琪團隊發表了關於超共形的水平鋅沉積以實現無枝晶的鋅負極的最新研究成果。該工作通過液態金屬（LM）與鋅的自發合金化形成了超共形的外延界面，從而實現了水平、緻密、均勻的鋅沉積。基於理論計算和原位XRD表徵，證明合金的(0016)平面與Zn(002)具有相同的對稱性和較低的晶格失配度，促進了Zn(002)的擇優生長。將液態金屬修飾後的電極（Zn@LM）組裝成對稱電池時，它在0.5 mA cm−2的電流密度下具有超過600小時的長循環壽命和超低過電位(12 mV)。當Zn@LM與MnO2正極匹配組裝全電池時，可在5 A g−1的電流密度下穩定循環4400圈。此外，所裝配的軟包電池在彎折180°後也沒有明顯的容量衰退，這意味着Zn@LM具有非常好的柔性。這種為無枝晶鋅負極量身定做的策略可以通過自發的超共形水平鋅沉積實現對負極的360°無死角保護，且方法簡單，可大量製備，有望用於鋅離子電池的規模化製備。

3.圖文導讀：

圖1 抑制鋅枝晶示意圖。Zn分別在a) 未修飾Ti和b) 塗覆液態金屬的Ti上沉積；c) 純EGaIn的形貌；在預沉積d) 3 mAh cm−2和e) 5 mAh cm−2Zn後的掃描電子顯微鏡（SEM）圖。

圖2 a - f) 在不同電流密度和容量下Zn@LM和Zn負極的形貌。a, d) 0.5 mA cm−2/0.5 mAh cm−2；b, e) 1.0 mA cm−2/1.0 mAh cm−2；c, f) 5.0 mA cm−2/1.0 mAh cm−2下電鍍/剝離30圈後Zn@LM和Zn的SEM圖對比；g) Zn@LM和i) Zn負極經過30次循環(1.0 mA cm−2,1.0 mAh cm−2)後的原子力顯微鏡（AFM）圖；h) g)和i)中的白色虛線對應的高度剖面圖。

圖3 Zn@LM負極超共形水平鋅沉積的機理。a) InGaZn6O9和Zn的結構；b) 單個Zn原子在Zn和InGaZn6O9上不同位點的吸附能；c) 不同Zn晶面上沉積Zn的形成能。d) 預沉積過程和前三個循環的充放電曲線；e) 在1.0 mA cm−2，容量為1.0 mAh cm−2時對應的原位X射線衍射（XRD）圖；Zn@LM和Zn負極在f) 預沉積5 mAh cm−2和g) 在1 mA cm−2和1 mAh cm−2循環30圈後的非原位XRD圖；h) 預沉積5 mAh cm−2後Zn@LM電極的截面SEM圖和相應的元素分布圖。

圖4 對稱電池的電化學性能。a) 0.5 mA cm−2和0.5 mAh cm−2的長循環性能；b) 1.0 mA cm−2和1.0 mAh cm−2和c) 5.0 mA cm−2和1.0 mAh cm−2的長循環性能；d) Zn和Zn@LM對稱電池的倍率性能。

圖5 純Zn和Zn@LM負極與MnO2匹配的全電池的電化學性能。a) 掃描速率為0.1 mV s−1時的循環伏安（CV）曲線；b) 倍率性能；c) 在0.5 A g−1下循環10圈後的電化學阻抗（EIS）圖；Zn@LM||MnO2在d) 0.5 A g−1和e) 5A g−1下的長循環性能；f) 軟包電池示意圖；g) 不同彎曲角度下為LED指示燈供電的軟包電池工作狀態的照片；h) 在0.2 A g−1條件下不同彎曲角度下軟包電池的充放電曲線。