三通讯单位联发ACS Energy Lett.: TiN涂层的优选取向可实现稳定的锌负极

金属锌被认为是一种理想的负极，但其在可充电水系电池中的广泛应用仍面临许多挑战，主要与锌的枝晶生长和腐蚀以及副反应有关。

在此，厦门大学王周成教授、梁汉锋副教授联合长春理工大学刘万强教授及阿卜杜拉国王科技大学Husam N. Alshareef教授等人证明了具有优先 (200) 取向的TiN保护涂层可以有效地抑制Zn枝晶生长和副反应；它可以通过诱导横向生长来调节副产物（硫酸锌或ZHS）的生长模式，从而提高锌离子电池（ZIBs）的电化学性能。

作者研究了磁控溅射TiN (111)和(200)表面涂层，发现TiN(200)表面的析氢被大大抑制。更有趣的是，ZHS倾向于沿平行于TiN(200)表面的方向生长，而在锯齿状(111)表面的垂直生长更有利，实验结果和理论模拟都证明了这种明显的生长行为。

图1. TiN涂层锌负极的电化学性能

验证结果表明，在 1 mA cm^-2的实际电流密度下，TiN (200)保护的Zn负极实现了超过2300 h的可逆电镀/剥离，且库仑效率近100%。在2 mA cm^-2和2 mAh cm^-2条件下实现了至少1000 h的可逆电镀/剥离，远远超过裸Zn负极。

此外，基于TiN(200)@Zn负极和MnO₂正极的全电池稳定性也得到大大提高，显示了其在实际应用中的潜力。这项研究不仅证明了TiN (200) 涂层可以作为有效的锌负极保护层，而且还提供了对ZHS副产物的作用以及抑制副反应和调节ZHS生长模式的见解。

图2. 在TiN涂层上模拟氢氧化锌硫酸盐的沉积行为

Preferred Orientation of TiN Coatings Enables Stable Zinc Anodes, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02299

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三通讯单位联发ACS Energy Lett.: TiN涂层的优选取向可实现稳定的锌负极

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