南洋理工范红金教授EnSM：基于3D亲锌微支架实现稳定的锌沉积！

水系锌离子电池是一种有前途的安全、低成本储能技术。然而，由于锌枝晶生长、副反应和寄生副产物，使用金属锌负极的锌电池循环寿命较差。

在此，新加坡南洋理工大学范红金教授等人设计了一种独特的基于3D多孔碳纤维（PCF）的具有Sn改性的微支架（Sn-PCF）并将其用作锌金属负极的3D主体，从而成功地抑制有害的析氢和枝晶的形成，最终提高水系锌电池的循环性能。研究表明，3D交联导电碳纤维网络与高度亲锌的Sn纳米点相结合，通过均匀电流密度和Zn²⁺通量有效消除了“尖端效应”，并为枝晶构建了物理限制。

实验和DFT计算表明，金属Sn表现出很强的Zn²⁺吸附和高Zn²⁺表面扩散势垒，这是在单个纤维上调节成核和均匀Zn沉积的关键。同时，由于降低了Sn表面的析氢反应倾向，也消除了由ZSH副产物引起的钝化。因此，这些优点协同促进了高度可逆的锌电镀/剥离。

图1. Sn-PCF的制备和形态

因此，在Sn-PCF上获得了稳定的Zn电镀/剥离行为，在1和5 mA cm^-2的电流密度时的平均CE值分别约为95.0% 和98.2%。对比之下，基于铜箔或PCF的半电池会迅速失效，CE值极低且不稳定。在电流密度为10 mA cm^-2、面积容量为5 mAh cm^-2条件下，Sn- PCF@Zn仍然表现出超过500小时的延长循环寿命，电压滞后为47 mV，远长于PCF@Zn（~60小时）。

甚至，Sn-PCF@Zn||NaVO全电池在10 A g^-1的电流密度下初始放电容量也高达174 mAh g^-1，并且在2500次循环后仍可保持73.5% 左右的高容量保持率（即每个循环的容量衰减率为0.010%）。总之，该策略为解决锌负极的关键问题并促进长寿命水系锌电池的发展提供了理想的解决方案。

图2. Sn-PCF@Zn||NaVO全电池的电化学性能

3D zincophilic micro-scaffold enables stable Zn deposition, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.06.050

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南洋理工范红金教授EnSM：基于3D亲锌微支架实现稳定的锌沉积！

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