Reversible epitaxial electrodeposition of metals in battery anodes

材料科学 阳极 电池(电) 基面 金属 外延 石墨烯 冶金 电极 光电子学 纳米技术 图层(电子) 化学 结晶学 功率(物理) 物理化学 物理 量子力学
作者
Jingxu Zheng,Qing Zhao,Tian Tang,Jiefu Yin,Calvin D. Quilty,Genesis D. Renderos,Xiaotun Liu,Yue Deng,Lei Wang,David C. Bock,Cherno Jaye,Duhan Zhang,Esther S. Takeuchi,Kenneth J. Takeuchi,Amy C. Marschilok,Lynden A. Archer
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:366 (6465): 645-648 被引量:1801
标识
DOI:10.1126/science.aax6873
摘要

The propensity of metals to form irregular and nonplanar electrodeposits at liquid-solid interfaces has emerged as a fundamental barrier to high-energy, rechargeable batteries that use metal anodes. We report an epitaxial mechanism to regulate nucleation, growth, and reversibility of metal anodes. The crystallographic, surface texturing, and electrochemical criteria for reversible epitaxial electrodeposition of metals are defined and their effectiveness demonstrated by using zinc (Zn), a safe, low-cost, and energy-dense battery anode material. Graphene, with a low lattice mismatch for Zn, is shown to be effective in driving deposition of Zn with a locked crystallographic orientation relation. The resultant epitaxial Zn anodes achieve exceptional reversibility over thousands of cycles at moderate and high rates. Reversible electrochemical epitaxy of metals provides a general pathway toward energy-dense batteries with high reversibility.
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