李先锋JACS: 图灵膜的区域诱导沉积效应助力高面积容量的无枝晶锌基电池

锌基电池具有成本低、能量密度高等优点，在储能领域具有广阔的应用前景。然而，锌化学通常会遇到严重的枝晶问题，特别是在高面积容量和高电流密度下，这严重限制了其应用。

在此，中科院大连化物所李先锋研究员等人提出了一种称为“图灵图案”的具有有序起伏条纹的新型膜，可以有效抑制锌枝晶并提高离子电导率。

图灵膜的波峰和波谷可以有效调节Zn(OH)₄^2-分布，提供更多的锌沉积空间。膜形成过程中配位的铜离子可以与Zn(OH)₄^2-相互作用，进一步平滑锌沉积。

李先锋JACS: 图灵膜的区域诱导沉积效应助力高面积容量的无枝晶锌基电池

图1. 通过配位诱导相变制备图灵膜的过程、机制及表征

即使在 80 mA·cm^-2的高电流密度下, 图灵膜使碱性锌铁液流电池 (AZIFB) 以 160 mA·h·cm^-2的超高面积容量稳定工作约110次循环，显示出90.10%的能量效率，这是迄今为止在具有如此高电流密度的锌基电池中报告的最高值。本研究提供了基于膜设计的高面积容量锌基电池的有效途径，并促进了它们的进步。

（注：图灵认为，某些重复的自然斑图可能是由两种特定物质（分子、细胞等）相互反应或作用产生的。通过一个被图灵称为“反应-扩散”的过程，这两种组分会自发地组织成斑纹、条纹、环纹、螺旋或是斑驳的斑点等结构，这类结构则是“图灵结构”。）

李先锋JACS: 图灵膜的区域诱导沉积效应助力高面积容量的无枝晶锌基电池

图2. AZIFB和ZSFB（锌对称液流电池）的电化学性能

Dendrite-Free Zinc-Based Battery with High Areal Capacity via the Region-Induced Deposition Effect of Turing Membrane, Journal of the American Chemical Society 2021 DOI: 10.1021/jacs.1c04317

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