Micro‐Terraced Surface Induced Directional Two‐Dimensional Diffusion Enables Dendrite‐Free Zinc Anodes

材料科学 法拉第效率 阳极 枝晶(数学) 扩散 化学工程 沉积(地质) 水溶液 电镀(地质) 电池(电) 纳米技术 表面扩散 自行车 电化学 工作(物理) 表面能 储能 离子 三元运算 电偶阳极 集电器 电镀 化学物理 阴极保护 冶金 多孔性
作者
Pengfei Zhang,Chao Geng,Canhuang Li,Jianmin Wu,Minhua Cao,Tulai Sun,Wei Wen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (16): e72560-e72560
标识
DOI:10.1002/adma.72560
摘要

Aqueous zinc batteries have garnered significant attention owing to their low cost, high intrinsic safety, and environmental friendliness. However, their practical application is still hindered by poor cycling stability, primarily caused by uncontrolled Zn dendrite growth. Conventional strategies to suppress dendrites generally aim to convert undesired 2D diffusion, which favors dendrite formation, into 3D diffusion to promote uniform Zn deposition. In contrast, this study reports a dendrite-free Zn plating behavior achieved through directional 2D diffusion enabled by a micro-terraced surface, which is achieved by a Ti4+-etching strategy. Unlike conventional 2D diffusion, where Zn atoms aggregate and form dendrites, on the micro-terraced surface Zn atoms rapidly and orderly migrate along the terraces toward their intersection boundaries, resulting in uniform, dendrite-free plating. The micro-terraced Zn anodes deliver exceptional cycling stability over 6250 cycles at 5 mA cm-2/1 mAh cm-2. When paired with I2 cathode, the full cells achieve above 83.4% capacity retention and average Coulombic efficiencies of 99.89% over 5000 cycles at 1.5 A g-1. This work provides mechanistic insights into Zn deposition and offers a new design paradigm for developing high-stability energy storage systems.
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