顆粒在線訊：電化學(xué)儲能具有效率高、模塊化、環(huán)境影響小和輔助設(shè)施依賴性低等優(yōu)勢，但高成本限制其在長期儲能中的應(yīng)用。相比于其他電化學(xué)儲能方式，Zn電池具有明顯成本優(yōu)勢，但與抽水蓄能或壓縮空氣儲能等方式相比成本仍顯過高。提升Zn電池循環(huán)性能是降低成本的重要方式。Zn金屬表面在充電過程中形成的不均勻的多孔鍍層會降低庫倫效率、引起體積膨脹甚至導(dǎo)致電池短路，已經(jīng)成為影響Zn電池循環(huán)性能的重要因素。因此，對于Zn金屬電沉積/剝離形貌的調(diào)控是制備用于低成本高性能Zn金屬負(fù)極的關(guān)鍵。

美國康奈爾大學(xué)LyndenArcher等作者探討了實(shí)現(xiàn)高度可逆的Zn金屬負(fù)極的電解液、界面和負(fù)極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，分析影響Zn沉積形貌的基本原理，并評估控制Zn沉積形貌的各項(xiàng)方法。相關(guān)論文以題為“Controlling electrochemical growth of metallic zinc electrodes: Toward affordable rechargeable energy storage systems”發(fā)表在Science Advances。

論文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abe0219

電池金屬負(fù)極的電沉積是一個(gè)涉及多種物理和化學(xué)因素的復(fù)雜過程。SEI層和晶體本身的各向異性是影響Zn電沉積的重要因素。在對Zn金屬電化學(xué)生長過程的描述中需要避免對于形貌的特征和分類過度簡化。作者建議按照微結(jié)構(gòu)的幾何形狀和堆積方式對于Zn電化學(xué)沉積形貌進(jìn)行更加科學(xué)和精確的比較。

Zn金屬電化學(xué)沉積過程的復(fù)雜性為研究其理化過程和相互作用，尤其是為在原子尺度下研究SEI層的組成結(jié)構(gòu)及其對于Zn電沉積過程的影響機(jī)制創(chuàng)造條件。同時(shí)考慮到Zn和Li在電沉積過程中的相似性，對Zn電沉積過程的研究更有助于理解SEI層的普遍作用。

此外，盡管剝離過程對于金屬負(fù)極的可逆性有著重要影響，但相關(guān)的研究相比于沉積過程明顯過少。因此通過原位檢測技術(shù)監(jiān)測具有不同形貌的Zn負(fù)極溶解過程不僅有助于提升金屬負(fù)極材料的可逆性，同時(shí)可以增進(jìn)對于電化學(xué)沉積過程的理解。

低成本和環(huán)境友好是Zn電池相比于其他電池體系的主要優(yōu)勢，因此在研究過程中必須確保延長循環(huán)壽命取得的收益高于使用額外材料所提升的成本。堅(jiān)持這一原則不僅有利于降低基礎(chǔ)科研過程中無效成果的數(shù)量，更有助于確定低成本Zn電池的最佳商業(yè)途徑。

圖1 Zn金屬沉積的代表性形貌

圖2 Zn金屬電沉積的經(jīng)典電化學(xué)框架

圖3 提升Zn金屬電極可逆性的電解液設(shè)計(jì)

圖4 Zn的晶體學(xué)特征

圖5 Zn金屬負(fù)極電沉積形貌的控制方法