陈立宝/陈月皎AFM：超稳定锌负极，全电池循环达2500次！

为解决不可控的锌枝晶和严重的副反应而构建人工界面层是一个非常理想的策略，但它往往受到有限的Zn²⁺传输的阻碍。

中南大学陈立宝、陈月皎等通过对聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜进行碳化处理，在铜集流体上设计了一种具有离子传导性和电子绝缘性的氟掺杂无定形碳界面层，以用于均匀Zn沉积。

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图1. 材料制备及表征

这样的CF层在沉积的锌和电解液之间起到了保护性人工界面的作用，有效地抑制了枝晶的形成和副反应，从而保证了高界面稳定性。它可以总结为以下几个优势：

1）均匀的F原子作为亲锌位点，可调节Zn²⁺通量的均匀分布，并吸引离子迁移；

2）高离子传导性和电绝缘性保证了CF层下预沉积的金属锌，有效抑制了副反应和树枝状结晶的形成；

3）由Zn²⁺和F位点形成的部分ZnF₂作为人工固体Zn²⁺导体，进一步引导均匀的Zn沉积；

4）CF层调节Zn成核，使Zn(002)面优先生长，形成平面生长，从而减少Zn与电解液的接触面积。

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图2. 半电池性能

因此，基于Zn||CF-Cu的半电池显示出非凡的循环稳定性，在电流密度为2 mA cm^-2和容量为1 mAh cm^-2的情况下，可循环1900次，CE值高达99%。而且基于CF-Cu@Zn的对称电池以更低的电压极化实现了长达2200小时的循环，这几乎是Cu@Zn的6倍。

此外，与V₂O₅正极匹配的全电池在电流密度为1 A g^-1时表现出≈370 mAh g^-1的可逆容量，并且在1200次循环后容量保持率为89%，CE高达≈100%。即使在3 A g^-1的高电流密度下，基于CF-Cu@Zn的全电池也显示出2500次循环的优异稳定性。总之，这项工作为设计稳定的无枝晶金属电池的人工界面层提供了灵感。

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图3. 全电池性能

A Multifunctional Artificial Interphase with Fluorine-Doped Amorphous Carbon layer for Ultra-Stable Zn Anode. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205600

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