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武大/華科AEM：超平坦放電平臺、低反應(yīng)電位和穩(wěn)定的水系鋅電負(fù)極

利用鋅負(fù)極構(gòu)建水系鋅金屬電池在儲能領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注，但其面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如鋅枝晶的生長、不令人滿意的剝離/電鍍效率以及氣體逸出等。

在此，武漢大學(xué)汪的華教授、華中科技大學(xué)蔣凱教授等人提出了一種缺乏陽離子的Cu_2-xTe (Cu_1.81Te) 材料作為有吸引力的水系鋅離子電池插層負(fù)極材料。

該Cu_1.81Te負(fù)極具有0.2 V（vs. Zn²⁺/Zn）的超平坦放電電位，在C/8（1 C = 242 mA g^-1）的倍率下具有158 mAh g^-1的可逆容量（86%的容量來自0.2 V的放電平臺），以及0.22 V的低過電位。此外，它還表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在2.5 C下循環(huán)2000次后容量保持率為100%。

圖1. Cu_2-xTe的合成及形態(tài)結(jié)構(gòu)特征

結(jié)合恒流間歇滴定技術(shù)(GITT)、XRD、拉曼光譜、XPS表征，作者揭示了其儲能機(jī)理為低能壘的順序插層轉(zhuǎn)化過程：Zn²⁺首先嵌入到Cu_2-xTe中，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為Cu和ZnTe。DFT計(jì)算表明，Cu_2-xTe中的晶體缺陷可以調(diào)控電子結(jié)構(gòu)以提高反應(yīng)性同時(shí)降低擴(kuò)散勢壘。

此外，作者還展示了水系“搖椅式”Cu_2-xTe//Na₃V₂(PO₄)₃ Zn離子全電池，它提供58 Wh kg^-1的能量密度和0.98 V的輸出電壓，并在C/2下1000次循環(huán)后容量保持率為92%。該研究為水系鋅離子電池提供了一種超低放電平臺和穩(wěn)定的負(fù)極材料。

圖2. 水系鋅離子全電池的電化學(xué)性能

Electrochemically Activated Cu_2-xTe as an Ultraflat Discharge Plateau, Low Reaction Potential, and Stable Anode Material for Aqueous Zn-Ion Half and Full Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102607

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