4000次循环，高达99.55%！同济大学刘明贤，最新Angew！

研究概述

为了防止枝晶生长和析氢反应，人们追求在锌负极上沿最低表面能的Zn（0002）晶面定向外延生长Zn2+离子，以实现高度可逆的锌金属电池（ZMBs）。然而，设计单一Zn（0002）裸露负极用于Zn沉积的持续单轴晶体取向面临着巨大挑战。

基于此，2024年9月19日，同济大学刘明贤教授在国际期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Single Exposed Zn (0002) Plane and Sustainable Zn-Oriented Growth Achieving Highly Reversible Zinc Metal Batteries》的研究论文。

在此，研究人员提出了一种负极工程，其利用低晶格失配基底和有序的Zn2+迁移通道来改性具有单一（0002）晶面暴露和可持续Zn取向生长的Zn负极，产生高度可逆的ZMBs。研究发现，在黄铜箔上气相沉积的金属有机框架 Cu3（C6O6）2 薄膜与电沉积锌负极的晶格失配度较低（4.24%），能暴露单一（0002）晶面。此外，溶剂化的Zn2+离子与有序多孔Cu3（C6O6）2薄膜之间的低脱溶能（-1.36 eV）引导了沿Zn（0002）晶面的可持续锌取向成核。

因此，使用黄铜Cu3（C6O6）2基底的Zn||Zn电池在10 mA cm−2下经过4000次循环后，平均库仑效率高达99.55%。

这项工作为设计具有单一暴露Zn（0002）晶面的高度可逆锌金属负极以及新兴ZMBs的可持续定向生长提供了新窗口。

图文解读

图1：BZ负极的微观结构和生长特性

图2：不同负极的电化学性能和Zn2+的界面行为

图3：BZ负极在全电池中的性能和稳定性

文献信息

Single Exposed Zn (0002) Plane and Sustainable Zn-Oriented Growth Achieving Highly Reversible Zinc Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2024. https://doi.org/10.1002/anie.202414116