南方科技大学曾林&赵天寿最新NC：3D分级石墨烯阵列为水系锌电池提供了稳定的锌负极-石墨烯产业专题

南方科技大学曾林&赵天寿最新NC：3D分级石墨烯阵列为水系锌电池提供了稳定的锌负极

时间:2023-08-11 作者: 来源:材料牛（石墨烯）

南方科技大学曾林&赵天寿教授最新NC：3D分级石墨烯矩阵为水系锌电池提供了稳定的锌负极

一、[导读]

金属锌(Zn)由于具有较高的理论容量(820 mAh g-1,5855 mAh cm-3)、较低的氧化还原电位(-0.76 V vs.SHE)以及环境友好和安全的特性，作为水系锌离子电池(AZIBs)的负极材料受到了广泛的关注。这些优势使AZIBs成为最具有实际应用前景的储能技术之一。然而，锌枝晶生长、析氢反应(HER)等副反应以及锌腐蚀等问题严重影响了这些电池的可逆性和循环性能，限制了其广泛的商业化应用。在高面容量和高电流密度下，有害锌枝晶的形成尤其困难，导致镀锌/脱锌不均匀，枝晶生长广泛，体积膨胀。这些问题进一步加速了析氢和锌腐蚀，因为锌暴露面积增加。此外，在高电流密度和高容量下，快速的充放电过程加剧了这一问题，导致厚的锌镀层和不完全的锌剥离。

二、[成果掠影]

近日，南方科技大学曾林&赵天寿教授课题组开发了两种由氮掺杂石墨烯纳米纤维簇锚定在改性多通道碳的垂直石墨烯阵列组成的三维分级石墨烯矩阵。具有径向碳通道的石墨烯矩阵具有高的表面积和孔隙率，有效地减小了表面局部电流密度，调控了Zn2+离子浓度梯度，均匀化了电场分布，从而调控了Zn的沉积。因此，在120 mA cm-2的电流密度下，经过3000次循环后，该复合材料的库伦效率高达99.67%，在80 mA cm-2和80 mAh cm-2的电流密度下，对称电池可以实现2600 h的无枝晶循环。所设计的全电池具有16.91 mAh cm-2的优异容量。与活性炭匹配的Zn电容器在40 mA cm-2下表现出优异的20000次循环的长期循环性能。这种为锌负极构建三维分级结构的策略可能为金属负极在高倍率和高容量下运行开辟一条新的途径。相关论文以题为“3D hierarchical graphene matrices enable stable Zn anodes for aqueous Zn batteries”的论文发表在Nature Communications上。