清华深研院周光敏团队，最新AM！

第一作者：Zhexuan Liu

通讯作者：周光敏

通讯单位：清华大学深圳国际研究生院

论文速览

水系锌基电池（ZBs）因其固有的安全性、低成本和组装简单而受到广泛研究。然而，大电流密度下锌沉积的实际行为仍然是一个严重的问题，这与高负载下锌基电池模糊的机理解释有关。

本研究探讨了锌基电池（ZBs）在大电流密度条件下的锌沉积行为，这一问题与高负载下ZBs的机制解释不明确有关。与大电流密度（10-100 mA cm^-2）下由枝晶穿透引起的短路的传统认识不同，本研究提出隔膜渗透效应，阐明了平滑沉积与短寿命之间的矛盾。

通常，在大电流密度下，由于密集的成核和促进平面生长，会形成致密的镀层形态。然而，在应用隔膜的情况下，由狭窄隔膜通道产生的局部电流密度增加，将导致Zn²⁺迅速耗尽，将Zn沉积模式从成核控制转变为浓度控制，最终导致隔膜渗透和短路。

这一效应在其他水相金属阳极（Cu、Sn、Fe）中得到验证，并提出了使用微孔（150 μm）海绵泡沫作为大电流阳极的隔膜，以提供更广泛的Zn²⁺通道并减轻隔膜渗透效应。这项工作为协调ZBs的快速充电能力和阳极稳定性提供了独特的视角。

图文导读

图1：大电流密度下锌晶体的取向沉积和隔膜渗透现象。

图2：提出了隔膜渗透效应的概念，并通过对Zn沉积过程中的电流密度影响进行了模拟和实验验证。

图3：隔膜渗透效应在不同电解液添加剂和基底材料下的影响。

图4：隔膜渗透效应在其他水相金属阳极（Cu、Sn、Fe）中的普遍性，并通过光学显微镜直观展示了不同电流密度下的沉积行为。

图5：使用微孔海绵泡沫作为隔膜来减轻大电流密度下锌阳极的沉积问题。

总结展望

本研究揭示了大电流密度对锌沉积的影响，并指出了隔膜通道中电流密度的增加导致的隔膜渗透效应是电池短路和寿命缩短的原因。

通过实验和模拟，验证了这一效应在不同条件下的普遍性，并提出了使用微孔海绵泡沫作为隔膜的解决方案，有效延长了对称电池和Zn//MnO₂电池的寿命。

这些发现为设计和优化锌基电池在快速充电条件下的性能提供了重要的指导和策略。

文献信息

标题：Unraveling paradoxical effects of large current density on Zn deposition

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202404140

原创文章，作者：计算搬砖工程师，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/04/26/ecf9180531/