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快充水系锌电池负极材料失效机制和改性策略

水系电池,锌负极,化学腐蚀,快充特性,界面保护

发展廉价高效的可再生能源存储技术是实现双碳目标的重要途径，水系锌二次电池因其成本和安全优势在大规模储能和智能电网等领域具有很高的应用价值与开发前景。然而，锌金属负极的热力学不稳定性导致化学腐蚀和枝晶生长等问题的出现，限制着电极可逆性，制约着电池的功率密度和循环寿命。针对上述问题，我们从锌负极反应机理和失效机制角度出发，通过原位光学捕捉化学腐蚀和枝晶生长时电极界面晶体结构和离子配位变化的关键信息^[1,2]，揭示界面反应机理。结合原位电化学分析，指明电极材料失效机制，以指导大电流循环高度可逆锌负极新材料的制备^[3,4]，同时抑制化学腐蚀和枝晶生长，最终助力水系锌金属电池功率密度和循环寿命的有效提升。

参考文献

[1] Zhao Cai, et al. Chemically resistant Cu-Zn/Zn composite anode for long cycling aqueous batteries, Energy Storage Mater., 2020, 27, 205-211.

[2] Zhao Cai, et al. Ultrafast Metal Electrodeposition Revealed by In Situ Optical Imaging and Theoretical Modeling towards Fast-Charging Zn Battery Chemistry. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 134(14): e202116560.

[3] Zhao Cai, et al. A Replacement Reaction Enabled Interdigitated Metal/Solid Electrolyte Architecture for Battery Cycling at 20 mA cm^-2 and 20 mAh cm^-2, J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 3143-3152.

[4] Zhao Cai, et al. Localizing concentrated electrolyte in pore geometry for highly reversible aqueous Zn metal batteries. Chem. Eng. J., 2021, 420, 129642.