Angew. Chem. ：多组分铜锌合金层实现超稳定锌金属负极

近年来，安全、低成本、环境友好的水系锌离子电池在大规模储能领域受到广泛关注。然而，由于电场分布和电解液浓度的不均匀，以及水溶液与锌负极的高度反应活性，锌金属负极在循环过程中不可避免的遭受表面不规则金属沉积以及析氢、钝化等副反应的影响，上述难题严重制约了锌离子电池的实际应用。

在电解液与锌金属负极表面之间构建缓冲层不仅可以避免它们的直接接触而减少副反应，还可以诱导锌金属的均匀沉积。与无机化合物修饰层相比，合金或金属修饰层具有较高的韧性以适应负极在充放电过程中的体积变化。此外，此类修饰层与锌金属基底之间有金属键作用，表现出较强的结合力，在长循环过程中，修饰层不易开裂甚至脱落。然而，单一组分或者单质金属修饰层在充电过程中会与沉积的锌原子发生合金化反应，生成的新合金具有不同的晶体结构，引发晶格畸变，影响修饰层和锌金属界面的稳定性。

近日，清华大学深圳国际研究生院康飞宇教授、贺艳兵副教授和邓敏聪助理教授团队通过磁控溅射的方法在锌金属负极表面构建了多组分的铜锌合金层，与单组分合金或者单质金属修饰层相比，该多组分铜锌合金修饰层能够显著抑制锌沉积过程中的界面晶格畸变，从而实现锌金属负极在长时间大电流下的稳定运行，使得水系锌离子电池实现优异的循环性能。

理论计算表明，铜锌合金层内部各种类型的铜锌合金都对锌原子有显著的吸附以及电子相互作用，因此，在锌金属沉积成核初期，铜锌合金层对锌原子的“钉扎”作用会有效限制锌原子在负极表面的二维扩散，阻止大晶核的形成，增加更多的成核位点，从而实现充电过程中锌金属的均匀沉积，有效抑制了锌枝晶的形成以及有害的析氢和腐蚀副反应。

基于多组分合金层修饰锌负极的对称电池可以在1 mA cm^-2的电流密度以及1mAh cm^-2的面容量下稳定运行5496小时。将多组分铜锌合金修饰锌金属负极与商用五氧化二钒正极组装成软包装电池600次循环后，容量保持率达88%。这项工作为用合金化策略构建高性能水系锌离子电池负极提供了一个设计准则，它也可以扩展到其他金属负极，以推动下一代高性能二次电池的发展。

论文信息

Multicomponent Copper-Zinc Alloy Layer Enabling Ultra-Stable Zinc Metal Anode of Aqueous Zn-ion Battery

Boyu Li, Ke Yang, Jiabin Ma, Peiran Shi, Likun Chen, Changmiao Chen, Xin Hong, Xing Cheng, Prof. Man-Chung Tang, Prof. Yan-Bing He, Prof. Feiyu Kang

文章的第一作者是清华大学深圳国际研究生院的博士研究生李博宇。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202212587

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