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水系锌离子电池(AZIBs)因具有高的安全性、可靠性、环境友好性和成本效益而备受关注。然而,锌枝晶生长会引起较差的可逆性,严重时会引发电池短路,这是水系锌离子电池商业化进程的主要障碍。锌(100)面具有较高的表面能,锌负极的成核和沉积易沿[100]方向进行,而较高的反应活性会诱发副反应,进而损害锌阳极的可逆性和电池的循环稳定性能。因此,抑制锌(100)方向生长可有效缓解枝晶生长和副反应发生。
研究采用丝氨酸(Ser)作为界面结构调节剂的(100)面终止策略,通过丝氨酸阳离子的吸附调节,诱导Zn(100)织构生长并抑制副反应发生。在5mA cm-1和5mAh cm-1的电镀/剥离循环下,使用改性电解质的Zn//Cu电池可达到99.8%的平均库伦效率,Zn//Zn对称电池表现出800小时以上的循环稳定性能。Zn//V2O5扣式电池展现出345.1mAh g-1的高放电容量,并在5A g-1下循环2000次后保持255.4mAh g-1。组装的软包电池也具备良好的稳定性,展示了Ser/ZnSO4电解液的实际应用潜力。
添加(左)和不添加(右)丝氨酸的锌沉积行为示意图。
(a)10 mA cm-2下,Zn在Ser/ZnSO4电解质中沉积的SEM形貌演变图,比例尺:20μm;(b)10mA cm-2下,在纯ZnSO4(上图)和Ser/ZnSO4(下图)电解质中沉积的Zn SEM形貌演化图像,比例尺:100μm;(c)Zn电极沉积0、15、30、45、60min后的原位光学显微镜图像(上方为ZnSO4电解液中,下方为Ser/ZnSO4电解质中沉积);(d)10mA cm-2下,锌在纯ZnSO4(右)和Ser/ZnSO4(左)中沉积不同时间的XRD图;(e-d)图中(100)和(002)面之间的强度比;(f)Ser+吸附在Zn(002)、(100)、(101)表面的图示及相应吸附能;(g)Ser+吸附在Zn晶面后,Zn离子在不同晶面上的吸附能。
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