2022年7月28日
，山东大学化学与化工学院张进涛教授在清华大学主办的能源期刊Nano Research Energy (https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)上颁发题为“A highly reversible dendrite-free Zn anode via spontaneous galvanic replacement reaction for advanced zinc-iodine batteries”的最新钻研成就。

图 1. (a) Zn|Sn 负极合成过程以及Zn电极和 (b) Zn|Sn电极在循环过程中的示意图。(c) 纯Zn和 (d) Zn|Sn 的 SEM 图像。

钻研布景：Zn基水系电池由于其储量丰硕(地壳Zn含量为0.0075%)
，理论比容量高(820 mAh·g^–1）
，以及安全不变受到了宽泛的关注
，被视为下一代储能设备的重要竞争者。然而
，像其他金属电池一样
，循环过程中锌枝晶的无序成长以及复杂的副产品会造成电池库伦效能降低
，同时
，电解液中水分子对金属负极的侵蚀反映会产生绝缘侵蚀产品
，会造成电池阻抗增长
，而循环过程中的持续的析氢反映（HER）将造成电池肿胀
，降低电池的循环寿命。因而
，解决金属锌负极在充放电过程中的枝晶形成及体积膨胀问题
，改善其循环不变性及安全性将是实现高能量密度锌金属电池利用的关键地点

针对当前面对的挑战
，山东大学张进涛教授团队通过单一的自觉置换反映在锌负极表表原位构建了Sn；げ阌糜谝衷熘。当其与碘正极匹配组装锌碘全电池时
，起到抑造锌枝晶的形成缓和解锌负极副反映产生的优良成效。通过机理钻研发现
，Zn|Sn涂层不仅能够提供有效的成核位点
，大大降低成核过电位
，实显旖均的锌沉积
，同时Sn的化学惰职能够也有效预防副反映的产生
，缓解锌负极的侵蚀以及析氢
，从而耽搁电池寿命。该工作展示了一种单一而通用的战术用于；じ杭⑾薅戎
，并为后续先进金属负极的发展提供参考。

图1显示了Zn电极在SnCl₄的溶液中浸泡5分钟便能得到均匀的Sn涂层。相比未经过处置的纯Zn电极
，Zn|Sn负极可有效抑造枝晶成长
，实现可逆的Zn沉积/剥离。随后通过调节Sn⁴⁺离子的浓度
，探索了Sn涂层的描摹结构对机能的影响。尝试了局批注
，Sn⁴⁺离子为0.1 M 时能够得到由大幼均一Sn颗粒组成的均匀涂层。优化的成核位点能够加快沉积动力学
，显著降低成核过电位
，同时有效预防副反映的产生
，缓解锌负极的侵蚀以及析氢。其中
，机能最凸起的样品Zn|Sn-0.1对称电池中展示了较低过电位(13.9 mV)并能不变循环超过900幼时。此表
，由Zn|Sn负极与碘正极组装的Zn|Sn-I₂电池在循环1200次循环后仍拥有90.7 %的容量维持率
，充分显示了Zn|Sn-0.1的优异机能。

图2. (a) 纯 Zn和Zn|Sn的XRD图谱. (b)纯Zn和Zn|Sn-X在2 M ZnSO4电解液中的 Tafel曲线. (c) Zn|Sn-0.10和纯Zn沉积剥离对比以及 (d) 和文件报路的对比。(e)对称电池中纯Zn和Zn|Sn-X在1 mA cm-2和1 mAh cm-2下的循环机能。

图3. Zn|Sn和纯Zn在Zn-I₂电池中的电化学机能比力. (a) 0.1 mV/s 的CV曲线. (b) Zn|Sn-I₂电池和 Zn-I₂电池的倍率机能. (c) 分歧电流密度下对应的充放电曲线. (d) 5 C下的循环机能和库仑效能. (e) Zn|Sn-I₂电池和 Zn-I₂电池的EIS。

有关论文信息：Tian, Y. D.; Chen, S.; He, Y. L.; Chen, Q. W.; Zhang, L. L.; Zhang, J. T. A highly reversible dendrite-free Zn anode via spontaneous galvanic replacement reaction for advanced zinc-iodine batteries. Nano Res. Energy 2022, 1: e9120025. DOI: 10.26599/NRE.2022.9120025. https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120025 .

作为Nano Research姊妹刊
，Nano Research Energy (ISSN: 2791-0091; e-ISSN: 2790-8119; 官网: https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)于2022年3月创刊
，由清华大学曲良体教授和香港城市大学支春义教授共同担任主编。Nano Research Energy是一本国际化的多学科交叉
，全英文盛开获取期刊
，聚焦纳米资料和纳米科学技术在新型能源有关领域的前沿钻研与利用
，对标国际顶级能源期刊
，致力于颁发高水平的原创性钻研和综述类论文。本刊盛开获取
，2023年之前免收APC用度
，欢迎各位教员踊跃投稿。投稿请联系：NanoResearchEnergy@tup.tsinghua.edu.cn.