研究背景
研究内容
近日，来自三峡大学的曹金副教授、杨学林教授联合浙江大学陆俊教授，在国际知名期刊Advanced Materials上发表了题为“De-passivation and Surface Crystal Plane Reconstruction via Chemical Polishing for Highly Reversible Zinc Anodes”的研究论文。该文章通过简单的浸泡过程，得到了一种化学抛光的锌金属负极(CP-Zn)。这种“化学抛光”过程可以有效地去除界面钝化层，为电镀/剥离提供了充足的活性位点，确保了均匀分布的电场和Zn2+通量。此外，化学抛光过程中的选择性刻蚀使锌金属表面暴露出了更多的(002)晶面，促进了均匀的锌沉积，同时抑制了相关副反应。通过测试证明，使用CP-Zn组装的对称电池在1 mA cm−2的条件下可以稳定循环4600小时，CP-Zn||VO2全电池在3A g−1的条件下循环1000圈后容量保持率接近75.3%。这种化学抛光策略为推进水系锌离子电池的商业化提供了一条很有前景的途径。
研究亮点
⭐化学抛光技术有效去除了Zn负极表面钝化层。
⭐化学抛光过程中，通过对晶面的选择性刻蚀，暴露出了更多的(002)晶面。
⭐化学抛光后的Zn电极(CP-Zn)，Zn||Zn对称电池的寿命长达4600 h稳定性大幅提高。
图文导读
KEY 1. CP-Zn通过化学抛光处理得到，仅需将锌片浸泡在六偏磷酸钠溶液中一段时间后取出并烘干即可，较先前报道的界面层构建、表面晶面诱导等方法，其制备工艺简单、成本较低、易于规模化拓展。
KEY 3. CP-Zn能够抑制锌枝晶生长并提高电池循环性能
图 4. (a) ZnSO4 电解质在裸 Zn 和 CP-Zn 电极上的接触角。(b) CA 曲线 Zn||Zn 和 CP-Zn||CP-Zn 电池。(c) 计算出的 Zn 和 CP-Zn 阳极上的活化能。原位光学显微镜拍摄了 (d) 裸 Zn 和 (e) CP-Zn 电极上的锌沉积情况。沉积在 (f, g) 裸 Zn 和 (h, i) CP-Zn 上的 Zn 的 SEM 图像。(j) 裸 Zn 和 (k) CP-Zn 的 LCM 图像。(l) Zn 和 CP-Zn 电极的塔菲尔图。(m) 循环 Zn 和 CP-Zn 阳极的 XRD 图案。
研究总结
文献信息
Jin Cao, Xu Wang, Shangshu Qian, Dongdong Zhang, Ding Luo, Lulu Zhang, Jiaqian Qin, Xinyu Zhang, Xuelin Yang, Jun Lu, "De-Passivation and Surface Crystal Plane Reconstruction via Chemical Polishing for Highly Reversible Zinc Anodes," Advanced Materials, 2024, 2410947.DOI: 10.1002/adma.202410947.
论文链接
https://doi.org/10.1002/adma.202410947
团队介绍
【第一作者简介】
曹金，三峡大学校聘副教授，2022年博士毕业于泰国朱拉隆功大学，香港城市大学访问学者，入选“2021年度国家优秀自费留学生”和“国家级博士后专项”。主要从事水系储能器件相关的研究，以第一作者/通讯作者在Energy Environ. Sci.，Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Energy Mater.，Adv. Funct. Mater.，ACS Nano等国际学术期刊上发表论文40余篇，12篇入选高被引论文，5篇入选热点论文，累计被引3800余次。主持承担国家自然科学基金、中国博士后面上项目、湖北省自然科学基金、国家重点实验室开放课题和三峡大学人才启动经费等项目。担任《eScience》、《Carbon Neutralization》、《Rare Metals》和《Journal of Metals, Materials and Minerals》等期刊青年编委。
【通讯作者简介】
杨学林，二级教授，博士生导师，中国固态离子学会副秘书长，湖北省电池标准化技术委员会副秘书长，湖北省杰出青年基金获得者，省政府专项津贴专家，储能新材料湖北省工程实验室主任，三峡大学材料与化工学院党委书记、分析测试中心主任、储能技术研究院院长。2007年毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所，同年加入三峡大学从事储能电池材料研究。主持承担国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、湖北省技术创新重大专项、湖北省自然科学基金创新群体、湖北省杰出青年基金等项目20余项；发表高水平学术论文150余篇，获授权发明专利40余项；先后获得湖北省技术发明奖、自然科学奖与湖北高校十大科技成果转化项目等奖励，与企业共建新型石墨材料国家地方联合工程研究中心、储能新材料湖北省工程实验室等科技平台，为宜昌新能源和新材料产业创新发展起到了积极的推动作用。
陆俊，教授，国家级高层次人才，研究领域聚焦在高性能正极/负极材料、先进表征技术、锂金属电池、锂硫电池、锂空电池、下一代电池技术以及电池回收等方面，主持或参与了储能电池电极材料及其关键技术、催化材料设计与合成等多个研发项目，以通讯作者/第一作者发表SCI收录论文超过500篇，其中包括Science、Nature及其子刊Nature Energy、Nature Nanotechnology、Nature Catalysis、Nature Review Materials、Nature Communications共计超过60篇，论文总引用数超过60000次，H指数超过137；在2018−2022年连续入选科全球高被引科学家，尤其是2021-2022年连续在材料科学和化学双学科领域入选，专利超过20项；担任ACS Applied Materials & Interfaces副主编，电化学协会(ECS)电池分部成员，国际电化学能源科学院副委员和董事会委员，荣获电化学能源存储与转换领域内20多项重要奖励，包括全球百大科技研发奖(2019, R&D 100 Award，即美国科技界的“奥斯卡”创新奖)、美国电化学会电池分会技术奖(Battery Division Technology Award, ECS, 2022)、美国化学会能源与燃料部(ENFL)电化学储能杰出研究员奖(2022)、国际电池材料协会(IBA)杰出研究奖(2022)。
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