​过程所/BNL/上交PNAS：通过识别锌电池的最佳晶面抑制金属腐蚀

直接使用金属作为电池负极可显著提高能量密度，但其循环有限。研究提出可通过定向调节来缓解金属在沉积过程中形成随机形态的倾向，例如，通过外延电沉积水平锁定六边形锌板或通过锌/电解质界面调制垂直排列。由于（002）晶面的表面能最小，目前的策略集中在（002）晶面获得沉积。

在此，中国科学院过程工程研究所张锁江，布鲁克海文实验室胡恩源，上海交通大学罗加严等人通过制作一系列具有可调纹理的锌负极来检验传统理论。作者发现，虽然单晶（002）晶面锌电极确实具有最高的临界电流密度，但具有垂直排列沉积物的（100）晶面电极在抑制锌金属腐蚀方面最为重要，而且由于（100）晶面电极的电化学表面积最小，因此具有最佳的可逆性。这种对结构-性能关系的基本认识可能会为先进电池材料的设计带来突破。

图1. 单晶锌的不同晶面

总之，该工作展示了结晶学工程工具，以追求和开发能够可逆沉积/剥离的金属负极，否则在电池中会被忽视。虽然这项工作证明了锌电池系统的可行性和成功，这对可持续能源至关重要。此外，该工作建立的方法可以普遍扩展到探索各种金属负极，为解决下一代电池材料的基本结构-性能关系和性能挑战提供了一条途径。

图2. 电沉积模式和降解机理

Suppressing metal corrosion through identification of optimal crystallographic plane for Zn batteries， Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2024 DOI: 10.1073/pnas.2309981121