东北大学《EEM》：石墨烯互穿锌杂化箔用于水系锌离子电池

成果简介

具有本质安全性的水系锌离子电池（ZIBs）在便携式设备中具有巨大潜力，但其循环寿命有限，这主要是由于锌负极的严重枝晶生长和不可避免的副反应造成的。本文，东北大学董琰峰副教授、中国科学院大连化学物理研究所 吴忠帅研究员等在《Energy & Environmental Materials》期刊发表名为“Manipulating Horizontal Zn Deposition with Graphene Interpenetrated Zn Hybrid Foils for Dendrite-Free Aqueous Zinc Ion Batteries”的论文，研究将开发的石墨烯互穿锌 (GiZn) 杂化箔用于高性能 ZIB 的无枝晶和长期锌阳极。

通过在泡沫锌骨架上界面组装还原氧化石墨烯（rGO），然后机械压缩成混合箔和干燥过程来制备GiZn阳极。GiZn杂化箔中rGO纳米片的存在提供了丰富的亲锌位点，以诱导Zn金属阳极的水平Zn沉积，而不会生长枝晶。同时，rGO纳米片的均匀分散使混合箔具有优异的导电性和电解质润湿能力，从而降低了界面电阻。因此，基于 GiZn 的对称电池表现出 30.4 mV 的小电压滞后和 30 mAh cm-2 的显着面积容量在 0.5 mA cm -2。此外，GiZn 负极还使相应的水系 Zn||MnO 2电池在 8 C 时具有 168.5 mAh g -1的高容量，优于纯锌箔负极的对应物（72.7 mAh g -1）。因此，GiZn 杂化箔阳极将有助于合理构建用于高性能ZIB的二维材料互穿 Zn杂化箔阳极。

图文导读

图1、GiZn杂化阳极的制备和结构表征。

图2、GiZn杂化箔的结构表征

图3、导电和亲水性rGO纳米片确保了GiZn电极的高可逆性

图4、锌| |锌对称电池中GiZn电极的电化学性能

图5、用锌箔、P-Zn箔和GiZn箔电极组装的Zn | | MnO2电池的电化学性能

小结

综上所述，通过rGO纳米片在泡沫锌骨架上的界面组装，以及随后的机械压缩和干燥过程，开发了一种长期的无枝晶GiZn杂化箔阳极。与市售锌箔相比，所制备的GiZnhybrid箔具有更高的导电性和与电解质的润湿能力，从而降低了界面电阻。重要的是，GiZn杂化箔可以诱导锌的均匀形核和水平生长，并抑制可能的副反应，此外GiZn阳极还与MnO2基阴极组装，并实现了增强的电化学性能。因此，这种2D纳米片互穿锌箔阳极的策略将为合理设计先进的ZIB提供新的途径。

文献：https://doi.org/10.1002/eem2.12423