文章摘要
将无机微晶引入固体电解量界面(SEI)是进步锌金属负极(ZMA)可逆性的有效战略。然而，SEI的构造-性能关系尚未完全领会，因为其原始形态下无机和有机成分的存在形式尚未得到处理。在那里，香港城市大学收春义传授&南方科技大学Bing Han团队利用双溶剂电解量为ZMA构建了高效的SEI，并通过低温透射电子显微镜解析了它的构成/构造。那种具有平均散布在有机基量中的无定形无机ZnFx的高度氟化SEI与具有结晶无机物的通俗镶嵌和多层SEI有很大差别。它具有改良的构造完好性、机械韧性和Zn2+离子电导率。因而，ZMA表示出超卓的可逆性，电镀/剥离库仑效率进步到99.8%。基于ZMA的全电池在3.2 mAh cm-2的现实面积容量下实现了54%的高锌操纵率，而且在1800小时内不变轮回，累积容量到达5600 mAh cm-2。那项研究重点介绍了用于高度可逆金属阳极的非晶SEI的详细构造和构成。
那一研究以“Regulating Inorganic and Organic Components to Build Amorphous-ZnFx Enriched Solid-electrolyte Interphase for Highly Reversible Zn Metal Chemistry”（调理无机和有机成分以构建非晶-ZnFx富集固体电解量界面实现高度可逆的锌金属化学）为题目颁发在国际期刊《Advanced Materials》上，香港城市大学收春义传授&南方科技大学Bing Han为配合通信做者。
图文速递
图1：锌金属阳极(ZMA)在差别电解量中的电化学性能
(a-c)Zn||Cu非对称电池在低浓度电解量(LCE, 1 M ZnOTF)、高浓度电解量(HCE, 4 M ZnOTF)和双溶剂电解量(SiBE, 1 M ZnOTF)中轮回时的恒流充放电曲线。(d)在LCE和SiBE中在3 mA cm-2和3 mAh cm-2前提下的镀锌/剥离库仑效率。(e)在初始形态和20和50个周期后利用SiBE的对称Zn电池的Nyquist图。(f)扫描速度为1 mV s-1时在LCE和SiBE中的LSV丈量。插图：阴极电位极值附近的放大区域。(g)对称锌电池在电流密度为1 mA cm-2和1 mAh cm-2时第21个周期的析气情况。
图2：LCE和SiBE中构成的无机/有机SEI组分的横向和纵向阐发
(a)-(b)别离为LCE和SiBE中堆积Zn外表的三维地形AFM图像，(c)-(d)别离为LCE和SiBE外外表SEI的力学模量散布。c、d的比例尺为2 μm。(e)别离在LCE和SiBE中轮回的Zn电极上SEIs的外表FTIR和(f)Raman光谱。ZnFx指纹峰在2438 cm-1处对应的面积散布如图2f所示，此中(g)和(h)别离对应SiBE和LCE中ZnFx指纹峰的面积散布。g和h的比例尺为5 μm，在2438 cm-1处的峰值强度被归一化色条反映。(i)-(n)0 ~ 80 nm刻蚀过程的XPS成果及响应的原子浓度变革，此中(i),(j),(k)对应LCE中的ZMA， (l),(m),(n)对应SiBE中的ZMA。
图3：Zn堆积形态及SEI的低温TEM和低温EELS阐发
在(a,b)LCE和(c,d)SiBE平分别堆积了Zn(4 mAh cm-2)的外表和截面描摹。(e)堆积Zn的低温TEM，将蓝色矩形区域的SEI区域进一步放大，按照顶部和底部区域的FFT成果阐发非晶形态。(f)低温HAADF-STEM图像和响应的F、C和Zn元素的低温EELS元素图。(g-i)F、C和Zn元素的低温EELS光谱。比例尺：a和c波段为20 μm, d波段为10 μm(插图为1 μm)， e波段为5 μm。
图4：SEI在差别电解量中的构造示企图及构成路子
图5：全电池的电化学性能
(a)别离利用LCE和SiBE的全Zn‖ZnVO电池轮回性能。利用LCE的全电池的短路用虚线圈标识表记标帜。第1645个轮回时容量(库仑效率)突然下降的原因是因为电池测试系统的断电和重接。(b)长轮回时ZMA累积容量的性能比力。(c)利用SiBE的全Zn‖ZnVO电池在速度从1 C到6 C下的速度性能。(d)GCD曲线。(e)全Zn‖ZnVO软包电池，比例尺为1 cm。(f)软包电池在6 C下运行的轮回不变性。
研究结论
本文提出了一种简便有效的双溶剂战略，可原位构建无定形SEI，并付与高度可逆的ZMA化学。通过应用超低剂量低温TEM和超低剂量低温EELS停止间接原子标准显示，提醒了富含ZnFx的非晶态SEI具有优良的机械韧性和Zn2+离子导电性。那些有利于ZMAs可逆性的特征被归结为各向同性无定形SEI，那与常见的由无机晶相衍生的具有各向异性性量的镶嵌和多层SEI有很大差别。
此外，提出了由THF合成得到的SEI有机组分促进构造完好、散布平均的无定形无机ZnFx的构成。调理的界面化学使ZMA具有优良的可逆性，具有无枝晶形态而且按捺电解量合成。即便在3.2 mAh cm-2和5 mA cm-2的前提下，ZMA在全电池程度上履历了2000次(1800小时)的不变轮回，此中累积阳极容量为5600 mAh cm-2。通过引入有机组分构建高度无定形的富含ZnFx的无机SEI，为电解量调理开拓了新的路子，以进一步进步锌金属的可逆性，实现现实应用。
文献链接
Regulating Inorganic and Organic Components to Build Amorphous-ZnFx Enriched Solid-electrolyte Interphase for Highly Reversible Zn Metal Chemistry
Guojin Liang，Zijie Tang，Bing Han*，Jiaxiong Zhu，Ao Chen，Qing Li，Ze Chen，Zhaodong Huang，Xinliang Li，Qi Yang，Chunyi Zhi*
https://doi.org/10.1002/adma.202210051
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