近日，团队成员陈兴发在国际知名期刊《Small》发表题为“Constructing a 3D Zinc Anode Exposing the Zn(002) Plane For Ultralong Life Zinc-Ion Batteries”的研究论文（DOI:10.1002/smll.202401386）。

水系锌离子电池由于锌阳极具有高理论容量（5855mAh/cm³和820mAh/g）、低氧化还原电位（-0.76V vs.SHE）、储量丰富和成本低廉等优势，有望成为下一代储能系统。然而，在商业化的发展过程中，也面临着一些不可忽视的问题，比如：锌阳极的枝晶、析氢和生成副产物等问题，严重制约电池的长循环性能。

本工作首次采用电剥离法构造出表面暴露更多Zn(002)晶面的3D锌阳极（3D-Zn(002)阳极）。实验和理论计算表明，KNO₃在Zn(100)和Zn(101)晶面上的优先吸附降低了Zn原子的溶解能，从而暴露出更多的Zn(002)晶面。3D-Zn(002)阳极可有效调节离子通量，实现Zn²⁺的均匀成核。此外，它还能抑制水致副产物的形成和析氢反应。因此，3D-Zn(002)对称电池在电流密度为5mA/cm²和面容量为1mAh/cm²的条件下Zn沉积/剥离可以实现6000h的稳定循环。更重要的是，在电流密度10mA/cm²和面容量1mAh/cm²下，Zn//Ti非对称电池能够稳定循环2400圈，库伦效率保持在99.9%。即使在30mA/cm²的大电流密度下，也能连续循环8500圈。当将其应用于NH₄V₄O₁₀为阴极的全电池时，在5A/g的大电流密度下，循环4000圈后容量保持率为75.7%。

该研究成果以广西大学化学化工学院为通讯单位，尹诗斌教授为通讯作者，2020级博士研究生陈兴发为论文第一作者。该工作得到国家自然科学基金、广西自然科学基金重点项目和广西研究生教育创新项目的资助和支持。

图1. (a) 不同电极的镀Zn行为示意图; (b) 不同剥离时间后Zn片的XRD图; (c) 峰强度比; (d) XRD极图; (e) SEM图; (f) 拉曼光谱图; (g) KNO₃在不同晶面上的吸附能计算结果; (h) Zn(002)晶面上不同位置的Zn原子的溶解能.

图2. (a) 不同电极上Zn沉积的原位光学图像; 3D-Zn(002)阳极（b-e）和纯Zn阳极（f-i）的XRD图和SEM图; 3D-Zn(002)阳极循环后的拉曼光谱（j）和mapping图（k-m）。

图3.（a）Zn//Ti非对称电池的CE曲线；（b，c）电压-容量曲线；（d）和（e）电压-时间曲线；（f）倍率性能图；（g）大电流密度下的循环性能图；（h）动态测量；（i）不同工作的性能比较。

图4. 使用NH₄V₄O₁₀作为阴极的全电池的电化学行为：（a）倍率性能图；（b）充放电曲线；（c）EIS曲线；（d）循环性能图；（e）软包电池的循环性能图；（f）3D-Zn(002)//NH₄V₄O₁₀和（g）Zn//NH₄V₄O₁₀全电池的自放电曲线。