浙江大学陆盈盈等人Angew.：电结晶调节堆积六边形材料生长用于高度可逆的锌负极！

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研究内容

实现持久的扁平化和无枝晶锌（Zn）金属配置是解决由内部短路引起的电池过早故障的关键，这在很大程度上取决于电结晶过程中的晶体生长。

浙江大学陆盈盈教授和Hao Cheng提出调节界面处的溶剂化离子吸附可以影响电化学反应动力学，控制电结晶模式。界面溶剂化离子的吸附与内亥姆霍兹平面（IHP）中吸附分子的空间结构密切相关。通过电解质工程的原位调解，边缘位置的定向电镀和剥离行为以及定制的溶剂化结构极大地提高了锌金属的利用效率和通过的总电荷，即使在极端条件下，包括高面积容量（3 mAh cm-2）和宽温度范围（-40~60°C）。相关工作以“Electrocrystallization Regulation Enabled Stacked Hexagonal Platelet Growth toward Highly Reversible Zinc Anodes”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1. 作者通过削弱界面处的溶剂化离子吸附，调节内部亥姆霍兹平面（HIP）的分子结构有效地将沉积转化为活化控制。与水相比，环四亚甲基砜（TMS）分子倾向于优先吸附在Zn（0001）面上，并形成定向偶极阵列，其中亲电位点的低电子密度和大空间位阻极大地降低了溶剂化Zn2+的吸附能，并促进其均匀分布。低于原子自扩散速率的慢化电化学反应动力学控制共形层状Zn生长和主要Zn（0001）织构，实现晶体优化。

要点2. 通过电解质工程的原位调解，边缘位置的定向电镀和剥离行为以及定制的溶剂化结构极大地提高了锌金属的利用效率和通过的总电荷，设计的电解液有助于显著提高Zn-CE（在1000次循环中>99.7%，提高了33倍以上）和Zn/PANI全电池（1000次循环的稳定循环，保留率为85%）的性能。使锌/聚苯胺（PANI）全电池能够以0.9 mAh cm-2的面容量稳定地循环1000次以上。

该研究结果提供了对添加剂通过特定吸附作用于电沉积结构的影响的深入理解，以及对电解质设计的新见解，以原位构建结晶织构、无枝晶的锌阳极。

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研究图文

图1. 锌负极的电结晶形态。

图2.锌沉积的晶体学和动力学。

图3. Zn2+在本体电解质中的溶剂化结构。

图4. 锌电池的电化学性能。

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文献详情

Electrocrystallization Regulation Enabled Stacked Hexagonal Platelet Growth toward Highly Reversible Zinc Anodes

Zeyu Shen, Jiale Mao, Guoping Yu, Weidong Zhang, Shulan Mao, Wei Zhong, Hao Cheng,* Junze Guo, Jiahui Zhang, Yingying Lu*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202218452