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A Bottom‐Up Zincophilic Gradient Design Enabling Long‐Cycle‐Life Zn Metal Anodes Under High Currents and Capacities

材料科学 阳极 金属 工作(物理) 温度梯度 纳米技术 化学工程 电位梯度 表面工程 金属有机骨架 冶金 光电子学
作者
Qiangqiang Zhang,Yikun Duan,Fei Teng,Xinyue Guo,Yifan Pan,Yinghui Li,Kangkang Wang,Shuo Dong,Yucong Jiao,Dongxiao Ji,Xiaohong Qin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (32): e73294-e73294
标识
DOI:10.1002/adma.73294
摘要

ABSTRACT Metal anodes are crucial for achieving high‐energy‐density electrochemical energy storage. However, their practical performance under high current densities and high areal capacities is hampered by sluggish ion‐transport kinetics. This leads to concentration polarization, which promotes surface‐localized deposition and results in dendritic “top‐growth”, ultimately causing cell failure. In this work, we design a bottom‐up zincophilic gradient nanofiber mat as a host structure that reverses the deposition pathway. By thermodynamically driving metal ion nucleation preferentially at the host base, this strategy enables uniform bottom‐up deposition. As a result, the Zn anode achieves an average Coulombic efficiency of 98.9% for 1972 cycles at a high current density of 20 mA cm −2 . Symmetric cells with this host exhibit exceptional stability, operating for 1095 h at an ultrahigh current density of 50 mA cm −2 and 1328 h under a high areal capacity of 10 mAh cm −2 , substantially outperforming existing approaches. This work establishes gradient engineering as an effective and widely applicable strategy for enabling long‐life metal anodes.
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