钱逸泰/朱永春Small: 实现锌空气电池2000次超长循环的化学缓冲层！

可充电碱性锌空气电池（ZABs）由于其高能量密度和环境友好性而受到广泛关注。然而，锌负极存在不可避免的钝化和溶解问题，严重阻碍了电池的放电和循环性能。

在此，中国科学技术大学钱逸泰院士、朱永春副教授等人提出了一种涂覆在锌金属负极（CBL@Zn）上的化学缓冲层以提高Zn↔ZnO电化学转化过程的可逆性，该缓冲层（ZNR@GO）是通过将ZnO纳米棒均匀分散在氧化石墨烯（GO）中实现的。

根据ICP-AES和电子显微镜图像表征研究显示，受益于ZnO纳米棒的核作用和GO吸附亲和力的协同作用，绝缘ZnO的电化学沉淀-溶解行为受到化学调节且发生在缓冲层而不是活性Zn的表面，Zn(OH)₄^2-离子被有效地限制在化学缓冲层中。

图1. ZNR@GO的合成与表征

因此，基于CBL@Zn电极的对称纽扣电池可以在0.5 mA cm^-2下以相当低的过电位（30 mV）实现超过100次循环，而对称裸锌-锌电池仅在20次循环后就发生短路。当与商业催化剂配对以组装实际使用的碱性 ZAB时，CBL@Zn负极实现了高达98% 的超高深度放电（DOD_Zn），远远超过裸锌（80%）。

同样，基于CBL@Zn负极的可充电ZAB在适当甚至高容量的条件下也具有卓越的循环性能，即使在10 mA cm^-2和20 mA cm^-2的电流密度下，仍成功实现了超过2000次循环的超长寿命。这种化学缓冲策略可能为开发其他高度可逆的碱性锌金属电池提供新的见解，推动了可充电ZABs的商业化进程。

图2. 基于CBL@Zn电极的实际ZAB的电化学性能

Chemical Buffer Layer Enabled Highly Reversible Zn Anode for Deeply Discharging and Long-Life Zn-Air Battery, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202106604

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钱逸泰/朱永春Small: 实现锌空气电池2000次超长循环的化学缓冲层！

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