鋅金屬電池憑借高安全性、低成本和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，成為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的重要方向。然而，鋅金屬負(fù)極在電池應(yīng)用中面臨副反應(yīng)（副產(chǎn)物、鋅腐蝕和析氫反應(yīng)）、擴(kuò)散問題和枝晶生長(zhǎng)等挑戰(zhàn)，導(dǎo)致電池容量和循環(huán)性能明顯降低。同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院劉明賢教授團(tuán)隊(duì)近期通過低應(yīng)力介導(dǎo)實(shí)現(xiàn)具有最低表面成核能的鋅（0002）晶面暴露，解決了商業(yè)鋅負(fù)極多晶面暴露和晶格應(yīng)力積累問題，有效抑制了鋅負(fù)極的析氫和腐蝕，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定鋅金屬電池，研究成果以“Low Strain Mediated Zn(0002)Plane Epitaxial Plating for Highly Stable Zinc Metal Batteries”為題發(fā)表于國際化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）。
在商業(yè)金屬鋅箔表面光聚合高度結(jié)晶氟化蒽三苯聚合物，形成有序納米通道（1.5 nm），有效降低成核能（0.2 e?/?3）和晶粒應(yīng)力（?0.2 ~ 0.4 MPa），細(xì)化電鍍鋅晶粒和緩解應(yīng)力積累（9.4 μm/3.7 MPa，商業(yè)鋅：26.7 μm/28.2 MPa），促進(jìn)Zn (0002)面定向成核和外延生長(zhǎng)。
電子背散射衍射和原位偏光顯微鏡測(cè)試表明，有序多孔納米膜引導(dǎo)鋅離子定向傳輸，延緩了負(fù)極表面析氫反應(yīng)和電化學(xué)腐蝕速率。
電化學(xué)性能表明，晶粒細(xì)化后的鋅負(fù)極提高了鋅離子在電極/電解液界面的沉積/剝離效率，Zn||Cu電池在10 mA cm?2下循環(huán)6000次平均庫侖效率達(dá)99.6%，Zn||Zn電池實(shí)現(xiàn)5000 h穩(wěn)定電沉積/剝離。Zn||MnO2軟包電池充放電1000次容量保持率是商業(yè)鋅板的7倍。
劉明賢教授為論文通訊作者，博士生張達(dá)為論文第一作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、上海市科委和中國博士后科學(xué)基金會(huì)資助。
