北京理工大学 陈人杰教授 Angew：动态共价键调节高性能锌离子电池的镀锌/剥离行为

人工界面为控制锌基水电池（ZAB）中的锌枝晶和表面腐蚀提供了一种综合方法。然而，由于锌电镀/剥离过程中体积持续变化，传统界面层无法持续适应枝晶表面，导致枝晶生长和析氢不受控制。在这里，动态共价键对不同电流密度下的锌沉积表现出了Janus效应，提出了一种稳定锌阳极的整体策略。在锌阳极上开发了由动态B-O共价键组成的PBSC智能人工界面，以减缓析氢并限制枝晶扩展。由于可逆的动态键，PBSC在低电流速率下表现出形状自适应特性，可以重新排列网络以适应镀锌/剥离过程中的体积变化，从而抑制析氢。此外，B-O动态键的快速结合增强了枝晶尖端的机械强度，产生了剪切增厚效应，抑制了枝晶在高电流速率下的进一步生长。因此，使用PBSC组装的对称电池可保持4500 小时的稳定循环，而不会出现明显的性能下降，PBSC@Zn||V2O5袋状电池的比容量超过170 mAh g-1。总之，具有动态共价键的智能界面为锌阳极界面工程提供了创新方法。

图文简介

( a )聚硼硅氧烷( PBS )的缩合反应示意图和动态共价B-O键的结合/解离示意图。( b )裸锌和( c ) PBSC修饰锌阳极锌沉积后的表面形貌。( d )阐明了动态共价B-O键在低电流密度和高电流密度下的自适应和剪切增稠行为。( e ) PDMS、PBS和PBSC在B-O键特征区域的红外光谱( IR )。( f ) PBSC的流变性能。( g ) PBSC在不同速率塑料滴头冲击下剪切增稠行为的可视化表征。( h ) PBSC在高、低拉伸速率下的不同拉伸性能。( i ) PBSC在光学显微镜下的自修复行为。

( a )锌阳极PBSC界面层的断面SEM照片和EDS面扫描图。( b ) PBSC改性层表面形貌的AFM图像和( c ) PBSC改性层的模量分布图。( d )裸锌和PBSC@Zn在2 M ZnSO4电解液中浸泡60天 后的SEM图像和( e ) XRD图谱。( f )裸Zn和PBSC@Zn对称电池的Tafel曲线和( g )线性扫描伏安( LSV )曲线。( h ) PBS和PBSC的离子电导率测量。( i )纯Zn和PBSC@Zn的Arrhenius曲线。

( a )裸Zn||Cu和PBSC@Zn||Cu电池的CV曲线，扫速为1 mV s -1。( b )裸Zn和PBSC@Zn对称电池在-150 mV恒电位下的计时电流( CA )曲线。( c ) Zn | | Cu和PBSC@Zn||Cu电池在1 mA cm-2和1 mAh cm -2容量下的库伦效率曲线。( d ) PDMS&CD@Zn和PBSC@Zn对称电池的倍率性能。裸Zn、PDMS&CD@Zn和PBSC@Zn对称电池在( e ) 10 mA cm-2和( f ) 1 mA cm -2下的循环性能，容量为1 mAh cm -2。( g )与最近报道的界面修饰锌对称电池的性能对比。

( a )裸Zn和( b ) PBSC@Zn在1 mA cm -2和1 m Ah cm-2下循环50 次后的SEM照片。( c )裸Zn和( d ) PBSC@Zn在1 mA cm -2和1 m Ah cm-2下循环3 次后的AFM照片。( e )裸Zn和( f ) PBSC@Zn在沉积电流密度为5 mA cm -2时的原位光学显微镜照片。( h )锌沉积20 min后PBSC@Zn在不同电流密度下的原位光学显微镜照片和( g )沉积厚度。( i )裸Zn和( j ) PBSC@Zn对称电池在1 mA cm -2下的原位XRD图像和相应的充放电曲线。( k ) 裸Zn||Cu和( l ) PBSC@Zn||Cu的原位DEMS曲线显示了H2的产生和相应的充放电曲线。

( a )裸Zn ||V2O5和PBSC@Zn||V2O5电池在1 mV s -1扫描速率下的CV曲线。( b ) Zn||V2O5和PBSC@Zn||V2O5电池的EIS Nyquist图。( c )纯Zn||V2O5和PBSC@Zn||V2O5电池的倍率性能。( d )纯Zn||V2O5和PBSC@Zn||V2O5电池在2 A g -1电流密度下的循环性能。( e )裸Zn||V2O5和( f ) PBSC@Zn||V2O5电池的自放电曲线。( g ) PBSC@Zn||V2O5软包电池的循环性能及照明LED阵列图。

论文信息

通讯作者：Renjie Chen