Manipulating the Zinc Deposition Behavior in Hexagonal Patterns at the Preferential Zn (100) Crystal Plane to Construct Surficial Dendrite‐Free Zinc Metal Anode

材料科学 枝晶(数学) Crystal(编程语言) 电化学 化学工程 金属 无机化学 阳极 冶金 电极 化学 几何学 物理化学 工程类 程序设计语言 计算机科学 数学
作者
Yaru Zhang,Xinpeng Han,Runze Liu,Zhanxu Yang,Shaojie Zhang,Yiming Zhang,Huili Wang,Yu Cao,Aibing Chen,Jie Sun
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (7): e2105978-e2105978 被引量:137
标识
DOI:10.1002/smll.202105978
摘要

Abstract Zinc metal has a severe dendrite issue caused by the uneven Zn plating/stripping during continual cycles, which hinders the practical application of ZIBs. The surficial atomic structure of zinc anode plays a decisive role in solving dendrites and improving the electrochemical performance. According to the density functional theory results, Zn (100) plane possesses a much stronger adsorption energy of zinc atom compared with the (002), thus zinc atom preferentially nucleates on the (100) surface. It subsequently continues to grow vertically on (100). Herein, the zinc anode is designed with hexagonal‐hole patterns (h‐Zn) through a phosphoric acid etching reaction. An abundance of Zn (100) crystal planes are exposed perpendicularly to the anode surface, while the (002) surfaces are at the bottom of these hexagonal holes. Zinc prefers to deposit in hexagonal holes at the (100) surfaces, favoring the restraining of the surficial dendrite growth and accelerating the Zn deposition kinetics. Thus, the symmetric cell using h‐Zn exhibits a long cycling lifespan for over 1200 h and extremely low polarization voltage of ≈80 mV at 5 mA cm –2 and 1 mAh cm –2 . This work provides an insight into the surficial structure design and crystal plane regulation to fabricate brilliant zinc metal anodes.
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