蒲雄/高磊AFM：锡合金抑制可充电水系电池中锌金属负极析氢和枝晶

有害的析氢副反应是阻碍锌金属负极在高安全性和低成本可充电水系电池中商业化应用的主要问题之一。

在此，中科院北京纳米能源所蒲雄研究员与北京科技大学高磊副研究员等人报道了一种合金化方法，通过选择Sn作为合金元素来有效抑制Zn金属负极的析氢和枝晶生长，Zn-Sn合金负极是通过简便的电沉积方法在3D碳毡 (CF) 基底上制造的。

结果表明，合金负极中适量的Sn增加了析氢能垒，并抑制了析氢副反应，这通过重复镀锌/剥离过程中产氢的理论模拟和精确定量原位测量得到了证明，仅为纯锌负极的一半左右。此外，Sn合金化提供了有利的Zn成核位点，降低Zn成核能垒并促进更均匀的Zn沉积。

图1. Zn-Sn合金电极的表征

因此，这种Zn-Sn合金负极在对称电池的实际电镀/剥离电流下提供了大大改善的循环稳定性，即在5 mA cm^-2下和35.2% 的高放电深度（DOD）下稳定循环240小时以上。

在Zn-V₂O₅软包电池中进一步证明了合金负极的优越性，软包电池可以为电子表供电20分钟且在弯曲90° 后也能保持电子手表正常工作，表现出出色的柔韧性。这项工作为稳定可充电水系电池中的锌金属电极提供了一种切实可行的策略。

图2. Zn-V₂O₅软包电池的性能演示

Sn Alloying to Inhibit Hydrogen Evolution of Zn Metal Anode in Rechargeable Aqueous Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202108533

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蒲雄/高磊AFM：锡合金抑制可充电水系电池中锌金属负极析氢和枝晶

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