Surface-Preferred Crystal Plane Growth Enabled by Underpotential Deposited Monolayer toward Dendrite-Free Zinc Anode

材料科学 阳极 欠电位沉积 法拉第效率 密度泛函理论 化学物理 三元运算 纳米技术 化学工程 电化学 化学 物理化学 计算化学 电极 计算机科学 工程类 循环伏安法 程序设计语言
作者
Yu Yan,Chaozhu Shu,Ting Zeng,Xiaojuan Wen,Sheng Liu,Dehui Deng,Ying Zeng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 9150-9162 被引量:66
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c01380
摘要

Aqueous Zn batteries with ideal energy density and absolute safety are deemed the most promising candidates for next-generation energy storage systems. Nevertheless, stubborn dendrite formation and notorious parasitic reactions on the Zn metal anode have significantly compromised the Coulombic efficiency (CE) and cycling stability, severely impeding the Zn metal batteries from being deployed in the proposed applications. Herein, instead of random growth of Zn dendrites, a guided preferential growth of planar Zn layers is accomplished via atomic-scale matching of the surface lattice between the hexagonal close-packed (hcp) Zn(002) and face-centered cubic (fcc) Cu(100) crystal planes, as well as underpotential deposition (UPD)-enabled zincophilicity. The underlying mechanism of uniform Zn plating/stripping on the Cu(100) surface is demonstrated by ab initio molecular dynamics simulations and density functional theory calculations. The results show that each Zn atom layer is driven to grow along the exposed closest packed plane (002) in hcp Zn metal with a low lattice mismatch with Cu(100), leading to compact and planar Zn deposition. In situ optical visualization inspection is adopted to monitor the dynamic morphology evolution of such planar Zn layers. With this surface texture, the Zn anode exhibits exceptional reversibility with an ultrahigh Coulombic efficiency (CE) of 99.9%. The MnO2//Zn@Cu(100) full battery delivers long cycling stability over 548 cycles and outstanding specific energy and power density (112.5 Wh kg–1 even at 9897.1 W kg–1). This work is expected to address the issues associated with Zn metal anodes and promote the development of high-energy rechargeable Zn metal batteries.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
明理的延恶完成签到 ,获得积分10
1秒前
2秒前
可爱的函函应助unicorn采纳,获得10
2秒前
体贴水风完成签到,获得积分10
4秒前
orixero应助小新爱看文献采纳,获得10
6秒前
6秒前
潘森爱科研完成签到,获得积分10
7秒前
9秒前
11秒前
13秒前
unicorn发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
脑洞疼应助居遥采纳,获得10
18秒前
彭于晏应助SUN采纳,获得10
21秒前
请你喝冰可乐完成签到,获得积分10
22秒前
大个应助沉静的画板采纳,获得10
24秒前
传奇3应助pengjiejie采纳,获得10
24秒前
F1完成签到,获得积分10
24秒前
小白发布了新的文献求助10
25秒前
SOLOMON应助从容雨筠采纳,获得10
25秒前
adsf完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
25秒前
26秒前
鲑鱼关注了科研通微信公众号
26秒前
29秒前
李燕鑫发布了新的文献求助10
29秒前
科研难应助大气的依珊采纳,获得30
29秒前
菠萝冰棒完成签到 ,获得积分10
30秒前
小池同学完成签到,获得积分10
30秒前
iorpi发布了新的文献求助10
30秒前
沈家宁完成签到,获得积分20
32秒前
32秒前
33秒前
叶成帷发布了新的文献求助10
34秒前
34秒前
35秒前
暮辞发布了新的文献求助10
38秒前
慕青应助HG采纳,获得10
39秒前
鲑鱼发布了新的文献求助10
39秒前
高分求助中
Manual of Clinical Microbiology, 4 Volume Set (ASM Books) 13th Edition 1000
Sport in der Antike 800
De arte gymnastica. The art of gymnastics 600
少脉山油柑叶的化学成分研究 530
Electronic Structure Calculations and Structure-Property Relationships on Aromatic Nitro Compounds 500
Berns Ziesemer - Maos deutscher Topagent: Wie China die Bundesrepublik eroberte 500
Stephen R. Mackinnon - Chen Hansheng: China’s Last Romantic Revolutionary (2023) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 有机化学 工程类 生物化学 纳米技术 物理 内科学 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 电极 光电子学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2417096
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2109494
关于积分的说明 5334666
捐赠科研通 1836610
什么是DOI,文献DOI怎么找? 914741
版权声明 561068
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 489200