Surface Laser Texturing and Alloying: Front-End Design Optimization of Zinc Metal Anode for Dendrite-Free Deposition

材料科学 枝晶(数学) 阳极 沉积(地质) 金属 激光器 冶金 纳米技术 光电子学 电极 光学 化学 古生物学 几何学 数学 物理 物理化学 沉积物 生物
作者
Peng Kang,Yi Yuan,Funian Mo,Haibo Hu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (16): 15994-16010 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c02450
摘要

A critical barrier to commercializing aqueous Zn-metal batteries lies in the dual challenges of dendritic Zn growth and parasitic side reactions at the anode/electrolyte interface. Here, this study presents a front-end design optimization strategy for Zn metal anodes (ZMAs), combining surface laser texturing with alloying treatment to stabilize the interfacial chemistry. Specifically, laser texturing creates a geometrically ordered microstructure on the Zn surface, while subsequent chemical permeation induces the in situ transformation of this microstructured layer into a CuZn5 alloy, forming the LT-Zn@CuZn5 anode. The geometrically ordered alloy coating homogenizes the electronic filed distribution across the zinc surface and enhances corrosion resistance. Thereby, the LT-Zn@CuZn5 anode demonstrated optimized electrochemical reversibility, sustaining over 3000 cycles at 3 mA cm–2/1 mAh cm–2. This performance translates into a high improvement in the cycling behavior of the assembled Zn||I2 soft pack battery, which acquired an initial capacity of 225.8 mAh g–1 and retained 79.1% after 4000 cycles. In contrast, the counterpart employing untreated Zn foil started with a lower initial capacity of 180.7 mAh g–1 and failed after less than 478 cycles. The demonstrated effective approach improves the front-end design strategy of ZMAs and contributes to the development of dendrite-free ZMAs.
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