周豪慎/杨慧军EES：大电流下的高可逆性！“绝招”背后的锌电沉积原理

可充电的水系锌电池提供了一种低成本的技术，方便了清洁能源的储存和利用。然而，锌的可逆性差，形态明显，相互作用复杂，阻碍了它们的实际应用。值得注意的是，研究表明，高电流密度会导致镀锌/剥离及其平面内形貌的高度可逆性，这与人们对质量传输限制的既定理解相矛盾。

在此，日本国立产业技术综合研究所周豪慎研究员、杨慧军等团队讨论了上述矛盾的现象，并特别关注其基本机制、现状和未来的研究方向。除了只关注锌电沉积行为外，本文还强调了被忽视的析氢反应（HER）及其与锌电沉积行为的相互作用的影响。研究发现，高电流密度操作可以抑制析氢反应，并为锌电沉积保留一个整洁的表面。

此外，作者还认为在低容量下实现的超高锌可逆性可能会导致数据解释上的误解，并且远远不能满足高容量锌电池的标准。因此建议进行全面的分析，将HER和高容量电池测试协议结合起来，以获得可靠的数据分析。

图1. 2 M ZnSO₄电解液中Zn电沉积的形貌演变

锌的电镀/剥离效率是衡量可充电锌电池性能的最关键参数。本文通过对质量输运限制、经典成核理论和广泛存在的HER理论的综合讨论，阐明了高电流密度下Zn高可逆性的有趣现象。通过强调HER的重要性，本文假设高电流密度的操作可以有效地抑制HER和副产物的积累（特别是在低容量Zn电沉积的情况下）。然而，HER预期的掩蔽效应可能导致错误的数据解释和水系锌电池的不健康发展。

此外，本文还推荐几种具有高容量和高DOD的电池测试协议，以方便数据解释并满足实际要求。总的来说，作者认为采用一种抑制氢析出的思维方式可能是开发高容量和高可逆锌金属负极的关键。

图2. 结合HER考虑锌电沉积原理的示意图流程图

High reversibility at high current: the zinc electrodeposition principle behind the “trick”,Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee00925d

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周豪慎/杨慧军EES：大电流下的高可逆性！“绝招”背后的锌电沉积原理

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