南科大Nat. Commun.：3D分层石墨烯基质为水系锌电池提供稳定的锌负极

水系锌离子电池的金属锌负极存在不可控的枝晶生长和副反应问题，导致循环稳定性差，特别是在高倍率和高容量时尤为严重。

在此，南方科技大学曾林教授、赵天寿院士等人开发了两种三维分层石墨烯，由氮掺杂石墨烯纳米纤维团簇组成，锚定在改性多通道碳的垂直石墨烯阵列上。拥有径向碳通道的石墨烯基体具有高的比表面积和孔隙率，其可以有效地减小表面局部电流密度，操纵Zn²⁺离子浓度梯度，均匀化电场分布，调节Zn沉积。

图1. 结构和形态特征

总之，该工作利用独立的、亲锌的3D分层石墨烯：包括n掺杂GF簇，VGS和多通道碳来构建具有高性能和稳定的Zn复合负极。通过一步热CVD工艺合成的3D-RFGC基质具有高表面积、均匀孔隙率，有效减轻局部电流密度，降低Zn²⁺离子浓度梯度，保证电场分布均匀，调节Zn沉积。对具有丰富亲锌位点的垂直石墨烯 (VGs)和石墨烯纳米纤维团族(GFs)进行表面改性，可实现具有高电流密度和高表面积容量的高性能锌金属负极。

因此，该工程3D-RFGC@Zn负极在120mAcm^-2的高电流密度下，在3000次循环后仍保持99.67%的CE和较低的过电位，采用3D-RFGC@Zn负极的对称电池在7200次循环中表现出优异的稳定性。因此，这种采用3D石墨烯基质作为锌负极的策略为开发能够在高倍率、高容量和高放电深度条件下工作的金属负极提供了一个有希望的途径。

图2. 3D-RFGC@Zn负极组装全电池和电容器的电化学性能

3D hierarchical graphene matrices enable stable Zn anodes for aqueous Zn batteries, Nature Communications 2023 DOI:10.1038/s41467-023-39947-8

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