中科大宋礼/陈双明ACS Nano：超稳定锌金属负极，全电池寿命超3300圈！

锌金属负极的界面工程是一种很有希望的补救措施，可以缓解由于枝晶生长和副反应导致的稳定性下降。然而，保护涂层的低亲和力和附加重量仍然是其进一步实施的障碍。

中科大宋礼、陈双明等通过DFT模拟，选择性地构建了自组装单层（SAM），以增强锌金属负极在稀水电解液中的稳定性。

图1. 理论计算及模拟

首先，通过密度泛函理论（DFT）计算预测，与（002）面相比，单层硫醇分子在不稳定的晶体面上的吸附在能量上更具竞争力。其次，根据基于同步辐射的光谱学和其他表征，证明了锌金属负极表面的共价Zn-S作用。

化学键合的硫醇分子在锌金属表面构建了一个保护网，具有相对更多的暴露的（002）晶面和约束效应，引导了Zn²⁺的均匀沉积，防止了锌片的过度恶化。此外，通过原位光学可视化和差分电化学质谱（DEMS）监测了Zn-RS负极的枝晶和析氢的显著抑制。

图2. 半电池性能

受益于上述优势，Zn-RS负极在1.0 mA cm⁻²的电流密度下提供了4000小时的长循环寿命，远优于裸锌负极。此外，采用改性负极的全电池能够在3300次循环后保持87.2%的容量。

总之，这项工作为稳定的金属负极提供了一种简单有效的设计方法，该方法可以应用于其他金属负极，包括Mg、Al和Cu。

图3. 全电池性能

Monolayer Thiol Engineered Covalent Interface toward Stable Zinc Metal Anode. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c09111

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2022/12/09/01660d5caf/