曹国忠/宗泉/张启龙ACS Energy Lett.：基于介电有机无机涂层的无枝晶高稳定锌金属负极

水系可充锌金属电池由于其高理论容量、高安全性和低成本而获得了越来越多的关注。然而，它们的商业化一直受到由副反应和枝晶生长在锌负极上引起的快速循环恶化的阻碍。

图1 有机无机薄膜的制备及表征

华盛顿大学曹国忠、中国计量学院宗泉、浙江大学张启龙等探讨了一种具有疏水表面的介电有机无机薄膜，以规避这些问题并抑制枝晶在锌负极上的生长。具体而言，作者在Zn负极表面设计了一种由P(VDF-TrFE)和BaTiO₃纳米颗粒（BTO/PVT@Zn）组成的新型复合膜，它可以防止表面腐蚀并促进Zn均匀沉积。

其中，BaTiO₃的表面被来自α-萜品醇溶液的-OH修饰（α-BaTiO₃），以研究亲水性对副反应和Zn沉积的影响。研究显示，与亲水的α-BTO/PVT薄膜相比，这种疏水性薄膜被认为有利于隔离活性水以抑制副反应，并降低[Zn(H₂O)₆]²⁺的解溶剂化能以加速锌离子的沉积动力学。

图2 半电池性能

此外，BTO/PVT层的三维渗流网络将引导快速而均匀的Zn²⁺-离子通量，并适应显著的体积变化。这种介电薄膜可以提供薄膜和锌金属之间的局部静电相互作用，以诱导锌离子的均匀分布，并促进锌沿锌表面的横向生长。

由此产生的BTO/PVT@Zn负极表现出较长的寿命（在1 mA cm^-2时为3000小时）和较高的CEs（∼99.6%），显示了高可逆性和稳定性。此外，BTO/PVT@Zn||NH₄V₄O₁₀全电池也表现出更好的循环稳定性。

图3 全电池性能

Dendrite-Free and Highly Stable Zn Metal Anode with BaTiO3/P(VDF-TrFE) Coating. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01017

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