成果简介

锌（Zn）金属阳极具有还原电位低、容量大等优点，是一种很有前途的水性阳极；然而，循环过程中不稳定的界面严重抑制了水性锌离子电池（ZIBs）的发展。本文，北京理工大学材料学院谢嫚副教授团队在《ACSAppl.EnergyMater.》期刊发表名为“ArtificialN-dopedGrapheneProtectiveLayerEnablesStableZnAnodeforAqueousZn-ionBatteries”的论文，研究用简单的涂层工艺在锌箔上构建了氮掺杂石墨烯（NGO）的保护层。原位光学显微镜和质谱分析进一步证明，这石墨烯保护层减轻了氢的释放以及锌的水解。同时，丰富的N掺杂官能团调节Zn金属的沉积形态并抑制多孔枝晶的生长。

基于此，NGO

Zn

NGO

Zn对称电池在小时内表现出稳定的循环性能，且过电位较低（19mV）。同时，全电池的LiMn2O4(LMO)

NGO

Zn电池在1C倍率下循环次后可提供89.1mAhg–1的容量，在5C倍率下具有高比容量。此外，改性活生物体

NGO

Zn软包电池(1.32mAhcm–2)的容量高达.7mAhg–1在0.5C下，在无压力测试条件下经过90次循环后仍保持72.9mAhg–1的容量。这项工作提供了一种可行的合成方法和有希望的性能，以加速水性ZIBs的工业应用

图文导读

图1.(a)NGO在Zn箔上的涂层程序示意图；

(b)NGO

Zn的俯视SEM图像（插图是NGO

Zn的光学图片）；(c)NGO

Zn材料的侧视SEM图像；(d)NGO（蓝线）、Zn（黑线）和NGO

Zn（红线）样品的XRD图谱；(e)NGO

Zn样品的FT-IR光谱；(f,g)NGO

Zn样品关于N1s和O1s的XPS光谱。蓝线、红线、橙线为拟合线，虚线为原始数据。

图2.(a)Zn和NGO

Zn电极在1mAcm–2电流密度和1mAhcm–2容量下的循环性能；

(b)对称电池中锌和NGO

Zn电极在20次循环后的SEM图像；(c)NGO

Zn阳极与其他报道的阳极在不同电流密度和容量下的循环寿命比较；(d)不同电流密度和1mAhcm–2容量下裸Zn和NGO

Zn电极材料的倍率性能；(e)RGO

Zn和NGO

Zn电极在不同电流密度和1mAhcm–2容量下的倍率性能;(f)RGO

Zn和NGO

Zn电极在不同电流密度下的详细过电位。

图3.(a–c)锌和(d–f)NGO

Zn在2mAcm–2的电流密度下沉积30、60和90分钟的侧视图原位光学显微镜图像。(g)锌和(h)NGO

Zn的俯视光学显微镜图像。(i)20次循环后裸Zn和NGO

Zn电极的XRD图案。(j)LMO

锌和(k)LMO

的充放电电压曲线和原位质谱NGO

Zn在第一个周期。

图4.(a)LMO

锌和LMO

的CV曲线前两个周期的NGO

Zn。

(b)NGO

Zn在1C下LMO

锌和LMO

的长循环性能。

(c)以LMO作为阴极，LMO

裸锌和LMO

的倍率性能NGO

Zn。

(d)(e)锌或NGO

Zn作为阳极的ZIBs的容量在不同的速率和1.4到2.05V的电压范围内。

（f)Nyquist在20个循环之前和之后绘制LMO

锌和(g)LMO

NGO

Zn。

(h)锌（在LMO

锌全电池中）和NGO

Zn（在LMO

NGO

Zn全电池中）在1C下循环次后的SEM图像。

图5.(a)软包电池的阳极和阴极材料

(b)(c)组装的软包电池和点亮LED的软包电池的光学图片。(d)软包电池容量曲线随循环次数变化。以LMO为阴极，(e)锌或(f)NGO

Zn作为阳极的软包电池在0.5C和电压范围为1.4至2.05V时的容量。

小结

综上所述，通过刮刀涂层的方法研究了NGO在锌阳极表面作为人工保护涂层的作用。因此，提供了一种抑制锌枝晶生长和副反应的简便方法，这可能有助于高安全性和可充电水性锌离子电池的实际应用。

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