中南侯红帅AEM：可大规模制备的多功能界面层实现2500次循环锌电池！

具有高体积容量的锌金属负极的实际应用受到枝晶生长和伴随的界面寄生反应的严重困扰。

中南大学侯红帅等合理设计了一种具有丰富极性官能团（CHO和C≡N）的高产率碳点（CDs），并将其作为功能性人工界面层，以优化具有大规模可行性的电解质/Zn界面。

图1 理论模拟和示意图

在此，作者通过简便的一锅水热法成功实现了CDs的大规模制备，然后通过刮刀涂层技术在Zn负极上构建了多功能人工界面层。由于对Zn的更强结合作用和更均匀的电场分布，亲锌和惰性CDs层不仅可以诱导均匀的Zn沉积并抑制枝晶生长，而且由于对SO₄^2-的静电排斥以及H₂O和Zn负极之间的接触减少，还可以减轻Zn的侵蚀并降低水的反应性。因此，利用CDs界面层的两个关键功能，成功地改善了Zn²⁺反应动力学并增强Zn负极的电化学稳定性。

图2 CDs层对Zn可逆性和副反应的影响

结果，采用CDs层的高可逆电极不仅使对称电池在1 mA cm^-2下具有稳定的电压滞后，并且持久运行3000小时，而且大大提高了Zn||Cu非对称电池的库仑效率（在0.5 mA cm^-2和0.5 mAh cm^-2下循环1000次，CE超过99.3%）。

最令人鼓舞的是，当与Na掺杂的V₂O₅(NVO)正极配对时，Zn@CDs||NVO全电池也实现了优异的循环稳定性（在5 A g^-1下2500次循环后容量为139.2 mAh g^-1）和倍率性能(返回0.5 A g^-1循环时容量保持率为97.6%)。这种可行且有效的功能性CDs层的制备为稳定的无枝晶金属极开辟了一条新途径。

图3 Zn||NVO全电池性能

High-Yield Carbon Dots Interlayer for Ultra-Stable Zinc Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200665

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