Achieving Electrode Smoothing by Controlling the Nucleation Phase of Metal Deposition Through Polymer‐Substrate Binding

材料科学 成核 沉积(地质) 电极 相(物质) 基质(水族馆) 聚合物 吸附 枝晶(数学) 聚合物基片 锌 电化学 纳米技术 化学工程 氧化物 水溶液 密度泛函理论 电池(电) 表面能 金属 化学物理 电极电位 聚乙烯 电镀 电化学电位 结合能 单层 无机化学 Crystal(编程语言) 聚萘二甲酸乙二醇酯 选择性吸附 自组装单层膜 电镀(地质)
作者
Ying Xia,Duo Song,Mingyi Zhang,Zhe-Ming Wang,Chenyang Shi,Jingshan S. Du,Sun Hae Ra Shin,Mark Engelhard,Praveen K. Thallapally,Christine A. Orme,Jinhui Tao,Maria L. Sushko,James J. De Yoreo,Jun Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (1): e03218-e03218 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adma.202503218
摘要

Abstract Polymer additives [like polyethylene oxide (PEO)] are widely used for smooth electrode deposition in aqueous zinc and many other battery systems. However, the precise mechanism by which they regulate morphology and suppress dendrite formation remains unclear. In this study, the knowledge gap is addressed by using in situ electrochemical atomic force microscopy to directly observe the interfacial evolution during Zn electrodeposition and polymer adsorption on Cu substrates in the presence of varying concentrations of ZnSO 4 and PEO. Contrary to previous literature assumptions, which emphasize the binding to the growing Zn crystal surfaces or Zn 2+ ions, the results demonstrate that PEO smooths Zn films by promoting nucleation of (002)‐oriented Zn platelets through interactions with the Cu substrate. Density functional theory simulations support this finding by showing that PEO adsorption on Cu modifies the interfacial energy of Zn/Cu/electrolyte interfaces, favoring the stabilization of Zn (002) on the Cu substrate, as well as confines Zn electrodeposition to a narrow near‐surface region. These findings elucidate a novel design principle for electrode smoothing, emphasizing the importance of substrate selection paired with polymer additives that exhibit an attractive interaction with the substrate but minimal interaction with growing crystals, offering a mechanistic perspective for improved battery performance.
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