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江南大學(xué)付少海/賈浩EnSM：功能化氮化硼中間層實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定均勻的Zn沉積

目前鋅（Zn）負(fù)極在水系鋅離子電池（AZIBs）中的應(yīng)用面臨著幾個(gè)挑戰(zhàn)，如鋅枝晶生長(zhǎng)、析氫反應(yīng)和副產(chǎn)物生成。由有害枝晶引起的問(wèn)題都與鋅負(fù)極中電子和離子的界面?zhèn)鬏斝袨槊芮邢嚓P(guān)。

在此，江南大學(xué)付少海教授、賈浩研究員等人報(bào)道了一種有效且環(huán)保的策略來(lái)剝離氮化硼（BN）納米片并在表面上用磺酸鹽基團(tuán)對(duì)其進(jìn)行改性（表示為S-BN），隨后通過(guò)可擴(kuò)展的噴涂方法將其用作Zn金屬電極的中間層。除了通過(guò)物理隔離減輕腐蝕問(wèn)題外，所構(gòu)建的S-BN層還使每個(gè)受限空間中的Zn離子通量均勻，這得益于納米級(jí)腔。

此外，附著的陰離子官能團(tuán)可以通過(guò)均勻化界面電場(chǎng)有效地實(shí)現(xiàn)鋅箔上鋅成核的均勻化。更重要的是，作者證明了S-BN表面的外部磺酸基團(tuán)有利于促進(jìn)水合Zn離子的先進(jìn)去溶劑化機(jī)制，從而提高Zn沉積動(dòng)力學(xué)。

圖1. S-BN納米片制備過(guò)程及表征

因此，S-BN@Zn對(duì)稱(chēng)電池能夠在2 mA cm^-2的電流密度和2 mAh cm^-2的面積容量下實(shí)現(xiàn)2500 h的長(zhǎng)期循環(huán)，且具有約45 mV的小電鍍/剝離過(guò)電位。當(dāng)與Na₂V₆O₁₆·1.63H₂O (NVO) 正極配合使用時(shí)，在0.1 A g^-1時(shí)S-BN@Zn/NVO電池可以保持298 mAh g^-1的優(yōu)異存儲(chǔ)容量，遠(yuǎn)高于裸Zn負(fù)極（264 mAh g^-1）。

此外，S-BN@Zn/NVO電池可以穩(wěn)定運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)1200次循環(huán)，這意味著S-BN@Zn負(fù)極具有出色的耐用性。因此，這種新型的Zn擴(kuò)散中間層為顯著提高AZIBs的負(fù)極電化學(xué)性能提供了一種有前景的方法。

圖2. S-BN@Zn/NVO電池的電化學(xué)性能

An Enhanced Kinetics and Ultra-Stable Zinc Electrode by Functionalized Boron Nitride Intermediate Layer Engineering, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.018

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