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抑制锌金属电池枝晶生长的动态保护层的相场模拟
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2023-12-13 , DOI: 10.1021/acsami.3c11936 Bharat Pant 1 , Yao Ren 1 , Ye Cao 1
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金属锌(Zn)由于其低氧化还原电位和高存储容量而被认为是下一代水系锌电池最有前途的负极材料之一。然而,Zn金属中过度的枝晶形成、腐蚀、循环过程中氢气的逸出以及Zn离子(Zn 2+ )从电解质到电极的传输较差限制了其实际应用。抑制Zn枝晶生长和促进Zn 2+传输的最有效策略之一是在Zn金属电极和电解质之间引入合适的保护层。在此,我们数学模拟了阳极上的 Zn 沉积与覆盖阳极的保护层的位移之间的动态相互作用,后者可以同时抑制 Zn 枝晶生长并增强 Zn 2+通过阳极之间界面的传输。 Zn阳极和保护层。我们的模拟结果表明,高Zn 2+扩散率的保护层不仅提高了Zn 金属的沉积速率,而且还通过均匀化阳极表面的Zn 2+浓度来防止枝晶生长。此外,还揭示了保护层中的各向异性Zn 2+扩散率影响Zn 2+的二维扩散。垂直于Zn金属表面的较高Zn 2+扩散率抑制枝晶生长,而平行于Zn金属表面的较高扩散率促进枝晶生长。 因此,我们的工作为控制保护层中的各向异性Zn 2+扩散提供了基本的理解和设计原理,以更好地抑制锌金属电池中的枝晶生长。
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