电溶性调节提高锌电极的可逆性

近日，中国科技大学教授谈鹏团队在水系锌基电池领域取得重要进展，充分揭示了锌电极的电溶解机制，为提高锌电极的可逆性提供了新的思路。相关成果发表在《科学通知》上。

水系锌基电池是一种理想的电化学储能系统，因为它具有固有的安全性、友好的环境、低成本和高能量密度。然而，锌电极不可逆的电化学溶解和沉积导致无法控制的枝晶生长，严重阻碍了该技术的实际应用。与锂电池不同，锌基电池的起始运行步骤通常是放电过程，即锌电极首先发生电溶解反应，而不是电沉积。然而，目前的研究大多集中在锌的电沉积行为上，但忽视了电溶解的特点。锌的电溶解会改变其表面状态，从而影响后续过程。因此，电溶解的整个表面。

本研究基于精抛的多晶锌箔在不同的运行协议下进行了电溶解实验，发现随着电流强度的增加，电溶解呈现出“点-线-面”的动作变化，在较高的电流强度下表现出较强的晶面溶解特性。结合实验表征、测试和理论计算，揭示了锌不同晶面之间的电溶解差异，发现晶面(002)最稳定，晶面(110)最容易发生电溶解。

基于对电溶解行为和机制的认知，进一步探索了电溶解对锌电极空间和容量不可逆性的影响。根据外观表征，沉积过程主要发生在电溶解形成的不足区域，进而表现出空间不可逆性;通过建立传质-电化学耦合模型，揭示了电溶解形成的离子浓度和局部电流强度不足，决定了沉积过程中的核位点和生长速度。结合枝晶的外部浓度分布和内部结构的异质性，阐明了“死锌”的形成机制。

基于以上发现，研究小组通过外延生长构建了以最佳方向为导向的锌电极，显著抑制了溶解不均匀性，显著提高了对称电池和全电池的循环寿命。这一结果为提高锌电极的可逆性提供了新的思路，并可以推广到其他金属电极的研究和应用中。