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1.背景介绍
由于锂离子电池资源有限和安全问题不可靠的双重压力，水系锌离子电池受到了越来越多的关注。锌金属具有成本低廉、安全性高、氧化还原电位低以及理论容量高等优点然而其缺点是电沉积锌板存在随机的晶体取向，导致锌枝晶疏松且不可控地生长，阻碍了锌负极的广泛应用。本研究提出采用元素Sn的引入作为解决方案，因其资源丰富、无毒、析氢过电位高且反应活性低，有利于原位构建保护层。传统方法通过控制锌沿(002)基面生长来抑制枝晶，但效果有限，相比之下，本研究通过实现锌在锡界面上的(101)优先电沉积来展现出更高的活性和抑制锌枝晶。
2.图文概述
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图1.在20 mA cm-2的电流密度下沉积6分钟后，Zn阳极(a)和Sn–Zn阳极(b)的侧面和顶面SEM图像;(c)锌的原子模型;(d) 锡涂层抑制锌枝晶生长的示意图.有序取向的锌板以大约固定的65°角均匀生长在锡改性层上,正是锌-(101)，锡界面层的存在显著地调整了电化学沉积锌的晶体学取向和整体紧密性。![]()
图2.(a)锌阳极箔和(b)锡改性锌阳极箔的SEM及其放大视图;(c)聚焦离子束技术切割的Sn-Zn阳极横截面的TEM-EDS;(d) Zn和Sn-Zn阳极的XRD；(e)Sn-Zn阳极横截面的TEM;(f)e中绿色框内锡层的SAED;(g)从Sn-Zn阳极切割得到的涂层层的HRTEM;(h)Zn和(i) Sn-Zn阳极的纳米级三维AFM.通过Zn与Sn2+的置换反应，成功在锌箔表面形成了一层锡改性层。锡改性锌阳极箔沉积后形貌相对均匀，腐蚀程度有限，腐蚀产物为氢氧化锌硫酸盐，疏水性下降，质量较好，结晶度高，表面粗糙度降低
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图3.Zn和Sn–Zn对称电池在(a)1 mA cm-2/0.5 mAh cm-2和(b)8 mA cm-2/4 mAh cm-2下的电压曲线；Zn和Sn–Zn阳极在(c) 5 mA cm-2和(d) 1 mA cm-2下的过电位；(e)Sn–Zn电极在1至8 mA cm-2电流密度下的倍率性能（固定面容量为1 mAh cm-2，每步10个循环）；(f)对称电池在扫描速率为1 mV s-1下的Tafel图；(g)SS不对称电池在扫描速率为3 mV s-1下的LSV；(h)Ti不对称电池在电流密度为2 mA cm-2下的恒流充电曲线；(i)在对称电池中，以5 mA cm-2/1 mAh cm-2条件循环50次后的Zn阳极和(j) 循环500次后的Sn–Zn阳极的光学图像；(k)在对称电池中，以5 mA cm-2/1 mAh cm-2条件循环500次后的Sn–Zn阳极的SEM.通过对比实验，发现锡-锌阳极在电化学性能上优于纯锌阳极。特别是在长时间和高电流密度的测试条件下，锡-锌阳极表现出更高的稳定性,在电化学反应中具有更低的能量损失,抗腐蚀性能有所增强，对水相关副反应的抑制作用更强，在循环500次后仍显示出平坦且致密的表面形态。![]()
图4. (a–f) Zn(002)/Sn(100)、Zn(101)/Sn(100)、Zn(100)/Sn(100)、Zn(002)/Sn(101)、Zn(101)/Sn(101)和Zn(100)/Sn(101)的完全弛豫界面模型及其对应的形成能的DFT;(g) 锡改性层与沉积物之间的界面HRTEM以及它们接触晶面的示意图;(h) 碳纸-锡电极制备示意图;(i)碳纸和(j)镀锡前后的碳纸-锡电极的XRD.锡修饰的界面导致锌电沉积物的(002)晶面受到抑制，而(101)晶面得到增强![]()
图5. (a,b)Zn和(c,d)Sn-Zn阳极的模拟电场和Zn2+浓度场模型;(e)I2作阴极的全电池的循环稳定性，电流密度基于I2的质量.锡层的改性效果显而易见。置换反应成功消除了锌阳极的尖端缺陷，形成了低表面粗糙度的锡-锌阳极。这可以有效促进电场的均匀分布并降低浓度极化，有助于电极上的均匀电沉积。3.总结
本篇文章采用了一种创新方法来抑制锌枝晶的生长，即通过在Zn阳极上原位构建一层薄锡涂层诱导锌的(101)择优电沉积。DFT计算结果和SEM分析表明，锡改性层和锌电沉积物的接触晶面为Sn(200)/Zn(101)。根据侧面形态分析首次观察到锌晶粒以统一的取向生长，与Sn-Zn阳极成65°的普遍角度，这表明锌的择优电沉积方向为(101)，而非广泛认为对调节锌电化学沉积有积极作用的Zn-(002)方向。此外，有限元模拟展示了Sn-Zn阳极上电场和Zn²⁺离子的改性分布。原位光学观察结果显示，Sn-Zn阳极上形成了致密且平坦的电沉积物，这标志着该方法的成功。因此，与Zn阳极相比，Sn-Zn阳极表现出更低的成核和平台过电位、更高的析氢过电位以及更优的循环稳定性（在1 mA cm-2/0.5 mAh cm-2条件下为4000小时VS 50小时）,为高性能金属阳极的开发提出了有价值的见解。
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