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水系鋅離子電池（AZIB）被廣泛認(rèn)為是未來(lái)可行的儲(chǔ)能解決方案，特別是對(duì)于低成本的固定應(yīng)用。然而，鋅負(fù)極的界面不穩(wěn)定性對(duì)鋅離子系統(tǒng)的商業(yè)潛力構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)，促進(jìn)了一系列副反應(yīng)，包括自發(fā)腐蝕、析氫和枝晶生長(zhǎng)，這些副反應(yīng)會(huì)破壞電池性能，降低庫(kù)侖效率（CE），最終導(dǎo)致電池早期故障。

在此，倫敦大學(xué)學(xué)院Thomas S. Miller，北京大學(xué)深圳研究生院潘鋒等人為AZIB設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)了一種可操作的金屬合金界面。研究顯示，該界面層最初以Ag和In薄膜的形式沉積，但在原位發(fā)展成為AgxZny合金和金屬銦的緊密混合物。

此外，該種雙異質(zhì)金屬層協(xié)同調(diào)節(jié)鋅離子通過(guò)合金界面的遷移，實(shí)現(xiàn)了致密的平面沉積鋅，同時(shí)克服了鋅負(fù)極退化的所有主要驅(qū)動(dòng)因素。基于此，該種改性金屬鋅負(fù)極的對(duì)稱和全電池具有穩(wěn)定的電化學(xué)性能，可提供高容量的保留。

圖1.理論驅(qū)動(dòng)金屬界面設(shè)計(jì)

總之，該工作設(shè)計(jì)了一種原位演化的鋅負(fù)極金屬合金中間層。研究顯示，該種雙異金屬保護(hù)層在早期電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榘?AgZn₃ 來(lái)控制 Zn 沉積形態(tài)，并包含 In 來(lái)促進(jìn)合金界面內(nèi)的 Zn 離子傳輸，從而大大提高了金屬鋅負(fù)極的可逆性并避免金屬鋅的界面沉積。?

基于此，該界面實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱電池超過(guò) 8000 次循環(huán)，CE 高達(dá) 99.8%，全電池超過(guò) 10,000 次循環(huán)，容量保持率為 90.2%。因此，該工作為進(jìn)一步提高高度可持續(xù)和安全的 AZIB 以及其他多價(jià)金屬電池的商業(yè)可行性提供了一條有效途徑。

圖2. 電池性能

Operando Evolution of a Hybrid Metallic Alloy Interphase for Reversible Aqueous Zinc Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2024?

潘鋒，北京大學(xué)講席教授，國(guó)家特聘專家，中國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)士，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家，北京大學(xué)深圳研究生院副院長(zhǎng)，深圳研究生院新材料學(xué)院創(chuàng)院院長(zhǎng)。聚焦新能源與新材料產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵問(wèn)題，基于AI和自主發(fā)展的圖論結(jié)構(gòu)化學(xué)和材料基因組學(xué)，建立了新材料創(chuàng)制體系；建設(shè)了物質(zhì)結(jié)構(gòu)表征科學(xué)裝置與方法及其解析系統(tǒng)；揭示了新能源材料的構(gòu)效關(guān)系，在鋰電池正極材料等方面取得突破性進(jìn)展并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。任《結(jié)構(gòu)化學(xué)》執(zhí)行主編、《Journal of Materials Informatics》副主編、《化學(xué)進(jìn)展》副主編，國(guó)際電化學(xué)能源科學(xué)學(xué)會(huì)（IAOEES）委員會(huì)委員、國(guó)際電動(dòng)車鋰電池協(xié)會(huì)（IALB）副主席。國(guó)家級(jí)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池與材料國(guó)際聯(lián)合研究中心主任、廣東省新能源材料設(shè)計(jì)與計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。在Nature、Nature Energy、Nature Nanotechnology等期刊發(fā)表論文，被引3萬(wàn)余次。

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?潘鋒Angew：混合金屬合金界面助力水系鋅電池

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