河南大学陈冲/申志涛/刘英《Adv. Sci.》：多功能聚合物-合金界面调节锌沉积剥离，实现稳定的锌金属负极

锌金属电极的理论容量高达820 mAh g-1，被认为是下一代可充电池的理想候选材料。然而，不可避免的析氢反应、不受控制的枝晶生长和严重的钝化反应阻碍了其实际应用。

近日，河南大学陈冲教授、申志涛副教授、刘英特聘教授通过将亲锌SnSb纳米粒子与Nafion相结合，设计了一种坚固的聚合物合金人工保护层，实现了无枝晶的锌金属负极。研究显示，与裸锌电极相比，Nafion-SnSb涂层锌电极（NFSS@Zn）具有更低的成核能垒、更均匀的电场分布和更强的抗腐蚀能力，从而有效抑制了锌枝晶的生长和界面副反应。因此，在1 mA cm-2的电流条件下，NFSS@Zn电极具有超过1500小时的长循环寿命和超低的电压滞后（25 mV）。此外，当与MnO2正极配对时，所得全电池也能在3 A g-1的条件下稳定运行1000次循环。总体而言，这项研究为提高锌负极的性能提供了一种启发式方法。

文章要点：

1. 这项工作将一种含有SnSb纳米粒子和Nafion的新型聚合物-合金杂化人工层（NFSS）沉积在锌金属表面，获得了作为水系锌基电池的稳健负极。通过金属盐溶液（SnCl2+SbCl3）与锌之间的简单置换反应以及随后的Nafion层旋铸，NFSS层很容易在锌表面形成。

2. 均匀且亲锌的SnSb（SS）纳米颗粒可在Nafion-SnSb镀层锌（NFSS@Zn）电极内提供充分的传输通道和大量的Zn2+成核位点，这使其具有高Zn2+导电性和低成核能垒。

3. 同时，柔软的Nafion聚合物可强化SS层与锌金属负极的界面接触，并选择性地屏蔽阴离子和游离H2O，从而使NFSS@Zn电极具有优异的结构完整性和抗腐蚀能力，并减轻了界面副反应。

4. 因此，基于NFSS@Zn的对称电池可以在1 mA cm-1的条件下，在1500小时内实现均匀的锌沉积/剥离，过电位低至≈25 mV。此外，与 MnO2正极配对后，NFSS@Zn||MnO2全电池比裸锌电池显示出更高的放电容量、更长的循环寿命和更好的倍率性能。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202303343

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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