山大杨剑AM：理论+实践！合理筛选高性能人工SEI材料！

华算老司机 • 2022年10月25日上午1:03 • 顶刊 • 阅读 13

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锌负极上的固体电解质界面（SEI）对高倍率和长寿命水系电池起着关键作用，因为它能有效抑制副反应和枝晶生长。

山东大学杨剑等从理论上考虑树枝晶抑制能力和电荷转移特性，提出了一种可行的方法来筛选锌负极上潜在的SEI。

图1. 理论计算

具体而言，作者首先通过其基本特性、剪切模量和带隙来筛选作为SEI的潜在材料。然后，进一步计算Zn²⁺扩散的能垒，以说明电荷转移特性，以及界面能（γ）和杨氏模量（E）的乘积，以阐明抑制枝晶的能力，来筛选有希望的候选材料。

结果，Zn₃(BO₃)₂(ZBO)作为模型，在实验中来验证这一筛选的有效性。正如实验结果和理论计算所证明的，ZBO可有效促进了锌的均匀沉积和横向生长，并抑制副反应。

图2. 半电池性能

因此，在对称电池中，Zn@ZBO在50 mA cm^-2的超高电流密度下运行了250小时，面积容量为10 mAh cm^-2。在全电池中，Zn@ZBO||MnO₂在苛刻的条件下，即贫电解液条件（10 μL mAh^-1）、有限的锌供应（N/P比=2.3）和高面容量（5.0 mAh cm^-2），显示出令人印象深刻的累积容量（∼406 mAh cm^-2）。总体而言，这项工作的意义不仅在于首次报道了ZBO在Zn上显示出优异的电化学性能，还在于为其他金属负极筛选有前景的SEI材料提供了可行的方法。

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图3. 全电池性能

Rational Screening of Artificial Solid Electrolyte Interphases on Zn for Ultrahigh-Rate and Long-Life Aqueous Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202207908

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