AFM: 金属-有机配位聚合物层的原位组装使高可逆锌阳极具有超过6900 小时的长循环寿命

水系锌离子电池中的锌阳极长期受到有害副反应和不可避免的枝晶生长的影响，导致可逆性不足和库仑效率（CE）不理想，阻碍了电池的商业化。本文利用简单的自组装策略，在锌阳极表面构建了多功能金属有机配位聚合物层（FAZ）（FAZ@Zn）。亲锌的FAZ界面层具有较高的Zn2+转移数量和较低的成核障碍，可有效促进脱溶剂过程，支持锌离子的快速传输，并有助于锌（002）晶面的优先生长，从而实现无枝晶的锌沉积。此外，FAZ层作为界面pH调节层，有效抑制了锌与活性水分子的直接接触，降低了副反应的严重程度。因此，FAZ@Zn阳极在6900 小时的周期内具有出色的稳定性，在1 mA cm-2和1 mA h cm-2的条件下极化电压较低，在4100 个周期内CE提高了99.88%。更令人鼓舞的是，当与Na2V6O16·3H2O结合使用时，FAZ@Zn阳极可使整个电池达到令人满意的速率性能，并在1600 次循环中保持97%的容量。这项工作为有效制备高性能锌离子水电池的高可逆锌阳极提供了一种简单的策略。

图文简介

a ) XRD图谱和b ) FAZ@Zn电极的俯视SEM图像。c ) FAZ纳米颗粒的STEM图像和相应的C，O和Zn元素的映射图像。d )裸Zn，富马酸粉末和FAZ@Zn的FTIR光谱。e )裸Zn和FAZ@Zn的Zn 2p，O 1s和C 1s的高分辨率XPS光谱。f ) 2 m ZnSO4液滴在裸Zn和FAZ@Zn上的动态接触角。

a )裸Zn和FAZ@Zn电极在2 m ZnSO4电解液中的Tafel曲线。b )裸Zn和FAZ@Zn在5 mV s -1下的LSV曲线。c )在5 mV s-1下的LSV曲线上的析氢和析氧区域。d )计算了5 mV s-1下的Tafel斜率。e )裸Zn和FAZ@Zn在2 M ZnSO4水溶液中浸泡7 天后的XRD图谱。f ) FAZ@Zn对称电池在室温下的电流变化与恒电位极化OOV0。g ) Arrhenius曲线和相应的活化能( Ea )的比较。h ) Zn||Cu非对称电池在1 mV s -1扫描速率下的CV曲线。I ) Zn和H2O在裸Zn和FAZ@Zn上的吸附能。j ) FAZ@Zn和裸Zn在ZnSO4溶液中的计时电流曲线。k )在100 mA cm -2下，FAZ@Zn和裸Zn上锌沉积的原位光学显微镜照片。

a )裸Zn和FAZ@Zn在20 次循环后的FTIR谱图；b ) XPS谱图；c )裸Zn和FAZ@Zn在20 次循环后的XRD谱图；d )裸Zn||裸Zn和FAZ@Zn||FAZ@Zn对称电池在1 mA cm -2、0.5 mAh cm -2下循环的原位pH演变；e ) FAZ @ Zn在5 mA cm -2、0.1 ~ 5 mAh cm -2下沉积锌层的XRD谱图；f )裸Zn和FAZ@Zn的锌沉积行为示意图。

AZ@Zn和裸Zn对称电池在a ) 1 mA cm -2、1 mAh cm-2和b ) 5 mA cm-2、5 mAh cm -2下的恒电流循环性能。c ) FAZ@Zn和裸Zn对称电池在不同电流密度下的倍率性能。d )不同扫描速率下交换电流密度曲线的比较。e )裸Zn和FAZ@Zn非对称电池在5.0 mA cm -2下锌成核过电位的比较。f ) FAZ@Zn对称电池在不同循环前后的奈奎斯特阻抗谱。g )裸Zn||Cu和FAZ@Zn||Cu非对称电池的库伦效率。h ) FAZ@Zn阳极与先前报道的改性Zn阳极(内插:圆的直径代表测试容量)的寿命比较。

论文信息

通讯作者： Chaofeng Zhang, Rongkun Zheng, Jian Zhang, Tao Yang