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?福大湯育欣Angew：氟化固態(tài)電解質(zhì)界面層引導水系鋅電池中鋅離子均勻沉積

鋅離子水電池因其高能量密度和環(huán)保性而越來越受歡迎。然而，鋅離子在負極上的隨機沉積和鋅離子在界面上的緩慢遷移會導致鋅枝晶的生長和較差的循環(huán)性能。

在此，福州大學湯育欣團隊通過原位離子交換策略開發(fā)了由 Ca₅(PO₄)₃F/Zn₃(PO₄)₂ 組成的氟化固態(tài)電解質(zhì)界面層，以引導鋅離子定向沉積和快速鋅離子遷移。其中 Ca₅(PO₄)₃F/Zn₃(PO₄)₂的引入可以增加鋅離子的成核位點，引導鋅離子沿(002)晶面定向沉積，而循環(huán)過程中原位形成Zn₃(PO₄)₂可以加速鋅離子的遷移。

因此，基于FAP保護的鋅負極（FAP-Zn）組裝的Zn//V₂O₅?H₂O電池實現(xiàn)了84%（220 mAh g^-1）的高容量保持率， 800 次循環(huán)后，3.0 A g^-1 下的容量保持率為 23% (97 mAh g^-1)。

圖1. DFT計算

總之，該工作開發(fā)了一種原位離子交換策略，以構建含氟固態(tài)電解質(zhì)界面層，從而在循環(huán)過程中引導鋅負極上鋅離子的快速定向沉積。此外，在循環(huán)過程中形成的 Zn₃(PO₄)₂ 可以加速 Zn²⁺ 的遷移。因此，組裝后的 FAP-Zn對稱電池可在 0.5 mA cm^-2/0.5 mAh cm^-2下穩(wěn)定循環(huán) 2200 h，F(xiàn)AP-Cu//Zn 電池的庫侖效率高達 99.85%。

同時，在 2.0 A g^-1 下循環(huán) 250 次后，F(xiàn)AP-Zn/a-MnO₂ 電池的容量可達 185 mAh g^-1，容量保持率為 82%；在 3.0 A g^-1 下循環(huán) 800 次后，F(xiàn)APZn/V₂O₅-H₂O 電池的容量可達 220 mAh g^-1，容量保持率為 84%。因此，該工作為同時引導鋅離子的沉積和加速鋅離子在界面上的遷移實現(xiàn)高度可逆的鋅金屬電極提供了新的見解。

圖2. 電池性能

A Fluorinated Solid-state-electrolyte Interface Layer Guiding Fast Zinc-ion Oriented Deposition in Aqueous Zinc-ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.20231690

原創(chuàng)文章，作者：wdl，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/01/10/9be85934df/

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