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(a−i) SEM images of electrodissolution at current densities of (a−c) 0.1 mA cm−2, (d−f) 1 mA cm−2, and (g−i) 5 mA cm−2, respectively. (j−l) Proportion of dissolved area to total electrode area for current densities of (j) 0.1 mA cm−2, (k) 1 mA cm−2, and (l) 5 mA cm−2, respectively. (m−o) LSCM images and section profiles for a capacity of 0.5 mAh cm−2 at current densities of (m) 0.1 mA cm−2, (n) 1 mA cm−2, and (o) 5 mA cm−2, respectively. (p) Depth analysis of different current densities with a capacity of 0.5 mAh cm−2. (q) Schematic illustration of the electrodissolution mechanism at different current densities.
view moreCredit: ©Science China Press
水系锌基电池（Aqueous Zinc-based Batteries, AZBs）因其固有的安全性、环境友好、低成本和高能量密度，是电网储能系统中极具潜力的候选者。然而，锌金属负极在长期循环过程中不可逆的电镀和剥离行为导致不可控的枝晶生长，严重制约了该技术的实际应用。
与商业化锂离子电池采用含锂正极材料（如磷酸铁锂、三元锂）不同，AZBs的正极材料通常为无锌正极（如锰基氧化物、钒基氧化物、空气电极）。因此，AZBs的第一个运行步骤是放电过程，即锌金属负极首先发生电溶解反应，而非电沉积反应。电溶解过程会显著改变锌负极的表面状态，进而影响后续反应。因此，全面理解电溶解行为与沉积过程同样重要，这对于构建稳定的锌金属负极至关重要，但相关研究鲜有报道。。
近日，研究人员基于精细抛光的锌箔开展了系统的电溶解实验。结果表明，随着电流密度的增加，电溶解行为呈现出“点-线-面”的转变以及0D-1D-2D的维度跨越。通过结合多晶体的电子背散射衍射（EBSD）表征、单晶体的腐蚀电位测试以及密度泛函理论（DFT）计算，研究人员揭示了锌晶体不同晶面之间的电溶解行为差异。研究发现，（002）晶面最难被剥离，而（110）晶面最容易被破坏。
基于对电溶解行为和机理的深入理解，研究人员进一步探讨了电溶解对锌电极空间和容量不可逆性的影响。重要的是，结合枝晶本身的结构异质性和外部微环境阐明了“死锌”的形成机理。这一发现为抑制“死锌”形成和提高锌电极可逆性提供了理论依据。基于上述发现，研究人员通过外延生长构建了具有择优取向的锌电极，显著抑制了溶解不均匀性，提升了锌电极的可逆性。
该研究从水系锌基电池的实际运行步骤出发，深入揭示了锌电极的电溶解行为及其机理，为提升锌电极的可逆性提供了新的思路。这一研究成果不仅对AZBs的进一步发展具有重要意义，还可为其他金属基电极的研究提供借鉴。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927325001409
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Science Bulletin