Zeolitic Imidazolate Frameworks as Zn(2+) Modulation Layers to Enable Dendrite-Free Zn Anodes.
Zeolitic Imidazolate Frameworks as Zn(2+) Modulation Layers to Enable Dendrite-Free Zn Anodes.
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沸石咪唑酯框架作为 Zn2 调制层，可实现无枝晶的锌阳极
DOI：
10.1002/advs.202002173
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发表时间：
2020-11
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Lu X
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liu X;Yang F;Xu W;Zeng Y;He J;Lu X
锌（Zn）作为下一代可充电电池的理想阳极材料具有广阔的前景。然而，镀/剥锌过程中不可控的枝晶生长和低库仑效率严重阻碍了锌基电池的进一步实际应用。在这里，通过使用原位生长的沸石咪唑酯骨架-8 (ZIF-8) 作为离子调制层来调节 Zn2+ 离子在 Zn 阳极上的扩散行为，从而消除了这些障碍。 ZIF-8 有序的纳米通道和 N 物种可以有效地均匀化 Zn2+ 通量分布并调节电镀/剥离速率，确保均匀的 Zn 沉积而不会产生枝晶生长。 ZIF-8 的绝缘性质也减轻了 Zn 腐蚀和析氢，从而实现了高库仑效率。因此，Zn@ZIF 阳极在较宽的电流密度范围内表现出高度可逆、无枝晶的镀锌/剥离行为，并且使用该阳极的对称电池可以在 2 mA cm−2 的低极化下正确工作长达 1200 小时。此外，这种超稳定的 Zn@ZIF 阳极还使全锌离子电池具有出色的循环稳定性（10000 次循环）。沸石咪唑酯框架 8 (ZIF-8) 在 Zn 表面原位生长作为 Zn2+ 调制层，以实现无枝晶的镀锌行为。受益于有序的纳米通道和丰富的氮物种，ZIF-8可以有效地均匀化Zn2+通量和适度的电镀/剥离速率，有助于实现高效、长寿命的Zn@ZIF阳极。
Zinc (Zn) holds great promise as a desirable anode material for next‐generation rechargeable batteries. However, the uncontrollable dendrite growth and low coulombic efficiency of the Zn plating/stripping process severely impede further practical applications of Zn‐based batteries. Here, these roadblocks are removed by using in situ grown zeolitic imidazolate framework‐8 (ZIF‐8) as the ion modulation layer to tune the diffusion behavior of Zn2+ ions on Zn anodes. The well‐ordered nanochannels and N species of ZIF‐8 can effectively homogenize Zn2+ flux distribution and modulate the plating/stripping rate, ensuring uniform Zn deposition without dendrite growth. The Zn corrosion and hydrogen evolution are also alleviated by the insulating nature of ZIF‐8, resulting in high coulombic efficiency. Therefore, the Zn@ZIF anode shows highly reversible, dendrite‐free Zn plating/stripping behavior under a broad range of current densities, and a symmetric cell using this anode can work correctly up to 1200 h with a low polarization at 2 mA cm−2. Moreover, this ultrastable Zn@ZIF anode also enables a full Zn ion battery with outstanding cyclic stability (10 000 cycles). Zeolitic imidazolate framework‐8 (ZIF‐8) is in situ grown on Zn surface as Zn2+ modulation layers to achieve a dendrite‐free Zn plating behavior. Benefiting from the well‐ordered nanochannels and abundant N species, the ZIF‐8 can effectively homogenize Zn2+ flux and moderate plating/stripping rate, contributing to a high‐efficiency and long‐life Zn@ZIF anode.
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