图1
(a)纤维素从宏观到微观的层次结构。(b)纤维素分子链重组流程图。(c)再生纤维素基(RC)人工界面对锌金属阳极的稳定作用示意图。
图2:纤维素分子链重排前后理化性质的研究
(a-d)通过MD模拟观察到的纤维素结构演化。(e)PC和RC的XRD谱图。(f)PC和(g)RC中氢键的存在状态和数量由MD模拟确定。(h)纯水、PC(WH2O=50%)和RC(WH2O=50%)冻结水的熔化行为的DSC曲线及相应的拟合结果。(i)PC膜和RC人工界面的SEM图像。(j)制备的大面积RC@Zn箔(30 cm×8 cm)的光学照片。(k)干、湿条件下PC膜和RC界面的拉应力测量。(l)2 M ZnSO4水溶液在PC膜和RC@Zn上的接触角光学图像。
图3:RC间相在减轻腐蚀反应和HER中的作用
(a)去离子水中PC和RC的Zeta电位值。(b)SO42-和Zn2+离子在PC/GF和RC/GF膜中的渗透性。(c)RC@Zn和裸Zn的线性极化曲线。(d)RC@Zn和裸Zn在2 M ZnSO4水溶液中浸泡7天后的SEM图像及相应元素分布。(e)裸锌和RC@Zn对称电池在1 mA cm-2和1 mAh cm-2下的搁置恢复性能。(f)裸Zn和RC@Zn在1 M Na2SO4电解液中三电极体系的析氢极化曲线。(g)裸锌和RC@Zn对称电池的原位DEM曲线,监测5 mA cm-2下氢气的释放。(h)Zn2+在裸Zn和RC@Zn上沉积的Arrhenius曲线和脱溶剂活化能值。
图4:RC@Zn上增强的反应动力学和均匀Zn沉积行为
(a)裸Zn和RC@Zn电极上Zn2+的迁移数。(b)扫描速率为50 mV s-1时裸Zn//Ti和RC@Zn//Ti不对称电池的CV曲线。(c)基于裸Zn//Ti和RC@Zn//Ti不对称电池CV曲线沉积峰的Tafel图。(d)随着沉积面积容量的增加,RC@Zn阳极(002)和(101)衍射的强度比。(e)裸Zn(上)和RC@Zn(下)电极在10 mA cm-2的电流密度和1 mAh cm-2的面积容量下循环100 h后的SPM图像。(f)裸Zn和RC@Zn电极在-150 mV过电位下的计时电流测定结果。COMSOL模拟(g)裸Zn和(h)RC@Zn中Zn过程的形貌演变和Zn2+界面分布。
图5:锌阳极的电化学性能
(a)5 mA cm-2固定面积容量为1 mAh cm-2的裸Zn//Cu和RC@Zn//Cu电池镀/剥离Zn2+的CE。(b)RC@Zn//Cu电池在不同循环下的电压-容量图。(c)CE与先前报道文献的比较。(d)裸锌和RC@Zn对称电池在1~40 mA cm-2不同电流密度下的速率性能。(e)裸锌电池和RC@Zn对称电池在10 mA cm-2下的长期循环性能,容量为1 mAh cm-2。(f)RC@Zn对称电池与以往研究的其他界面层的循环性能比较。裸锌和RC@Zn对称电池在沉积面积容量为(g)5.29 mAh cm-2(DOD=50%)和(h)9.59 mAh cm-2(DOD=90%)时的循环性能。
图6:RC@Zn在全电池中的电化学性能
(a)Zn//V2O5全电池储能机理示意图。(b)循环前的EIS曲线。(c)电流密度为0.5~5 A g-1时的速率性能。(d)在5 A g-1电流密度下的长期循环性能。(e)不同阳极的全电池自放电曲线。(f)低氮比1.6时的循环性能。