江南大学 陈苏莉/刘天西 AFM: 气凝胶驱动的界面快速自凝胶化使锌负极具有高稳定性

目前，金属锌阳极的实际应用受到不受控制的枝晶生长和水引发的寄生反应的阻碍，而这些反应与Zn2+的溶剂化结构和界面传输动力学密切相关。本文提出了一种简便的界面自凝胶策略，通过在锌阳极表面引入富含-OH的二氧化硅气凝胶（HSA）来稳定锌阳极。HSA独特的互连网络结构和亲水性使Zn阳极附近的水电解质迅速自发凝胶化，从而形成贫水凝胶界面层。界面层可以通过氢键相互作用有效加速脱溶过程，降低阳极表面附近水分子活性，从而实现快速Zn迁移动力学，减轻副反应。此外，定义明确的气凝胶纳米通道还能提供快速的Zn2+迁移路径，并使Zn2+ 通量均匀化，从而实现快速、均匀的Zn沉积。因此，HSA改性锌（HSA@Zn）阳极表现出卓越的长期循环稳定性（在4 mA cm-2条件下超过6000 小时），并进一步证明了这种HSA@Zn阳极在全电池中实际应用的可行性。这项工作中提出的气凝胶驱动界面自凝胶策略为水系锌离子电池先进锌阳极的设计提供了新的思路。

图文简介

HSA@Zn阳极的设计策略说明。Zn在裸Zn和HSA@Zn上的沉积示意图

HSA和SiO2的结构特征

HSA诱导的贫水凝胶层的界面稳定机制

基于不同Zn负极的电池的长循环稳定性和可逆性

Zn2+成核和沉积行为的表征

全电池的电化学性能

论文信息

通讯作者：Suli Chen, Tianxi Liu