資源豐富的金屬（例如鋅）電池具有安全性和可持續(xù)性的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。然而，它們的實(shí)際可行性受到金屬負(fù)極不良可逆性的阻礙，這通常是由不可控的枝晶擴(kuò)大引起的。盡管已經(jīng)付出了巨大的努力來完全防止枝晶的形成，但這在高電流密度下似乎不太有效。

天津大學(xué)梁驥、侯峰、天津師范大學(xué)王立群等開發(fā)了一種高效的枝晶調(diào)節(jié)策略，用于在超高倍率下進(jìn)行可逆的鋅沉積/剝離。

圖1. 鋅枝晶形貌控制的理論預(yù)測(cè)

這里作者首先預(yù)測(cè)可以通過抑制枝晶的“自我放大”來實(shí)現(xiàn)均勻的金屬沉積，即誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)由微小、均勻分布的、準(zhǔn)相同Zn枝晶組成的枝晶形態(tài)。然后進(jìn)行概念驗(yàn)證研究，即通過利用CuNW上有序暴露的Cu(111)面來調(diào)節(jié)Zn枝晶的形成和生長。

該方法允許Zn通過與Cu(111)匹配沿Zn(002)方向外延沉積，從而引導(dǎo)均勻一致的Zn枝晶萌生和生長。結(jié)果，這種有意的枝晶調(diào)節(jié)有效地促進(jìn)了均勻的鋅沉積/剝離，顯著降低了過電位，從而延長了鋅負(fù)極的壽命并提高了倍率性能。

圖2. Zn@CuNWs負(fù)極的循環(huán)性能

因此，Zn@CuNWs負(fù)極可以在100.0 mA cm^-2的超高電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行超過30,000次循環(huán)，并且在5 A g^-1下循環(huán)800次后，全電池容量保持率為91.4%（~281.9 mAh g^-1），遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于迄今為止報(bào)告的值。

另外，盡管CuNWs的成本以及大面積Zn負(fù)極表面工程的困難限制了現(xiàn)階段的大規(guī)模應(yīng)用，但這些問題可以通過制備和負(fù)極改性的新技術(shù)來解決。因此，這種通過外延刻面匹配來調(diào)節(jié)枝晶的概念具有很好的推廣到其他金屬物種的可行性，為各種配備金屬負(fù)極的可充電池的性能改進(jìn)提供了啟示。

圖3. 超高電流密度下Zn@CuNWs負(fù)極的電化學(xué)性能

An Ultrahigh Rate and Stable Zinc Anode by Facet-matching-induced Dendrite Regulation. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202203835