水系锌金属电池（AZMBs）存在因枝晶生长、腐蚀和电解液副反应导致的锌表面退化问题。锌粉是实现柔性电极、增强电解液可及性以及精确控制面容量的关键组分。然而，其应用因严重的表面失效而受到极大限制。本文，韩国成均馆大学Junyoung Mun等研究人员《ADVANCED SCIENCE》期刊发表名为“Basal Plane Graphene Coated Zn Powder for High Performance Aqueous Zn Metal Batteries”的论文，研究通过剪切应力驱动的干法工艺在锌粉表面涂覆石墨烯，形成以基面为主的保护层。该涂层通过同时对表面进行钝化、调节界面Zn²⁺溶剂化结构以及建立面向(002)晶面取向的外延锌金属沉积，有效抑制了表面退化。所得的石墨烯包覆锌粉（Gr_Zn）表现出稳定的循环性能，在1 mA cm−2下经640小时循环后，电压滞后仅为16.1 mV，性能优于锌箔和裸锌粉电极。此外，在全电池和软包电池配置中，Gr_Zn展现出优异的高倍率性能和极高的面容量（>20 mAh cm−2）。
图1、(A and B) Schematic illustrations of (A) the zinc foil and (B) the Gr_Zn electrode. (C) Mechanofusion-based dry coating process with TEM-EDX images of whole pristine Zn powder and its surface (upper left), and the same of the graphene-coated Zn powder (upper right).
在本研究中，通过基于机械熔合的干法涂覆技术成功制备了Gr_Zn阳极，有效解决了水系锌金属电池（AZMBs）固有的局限性。疏水石墨烯层通过调节电解液的溶剂化结构，显著抑制了寄生副反应。与裸锌箔和P_Zn相比，Gr_Zn表现出更优异的电化学稳定性，在循环超过640小时后仍保持极小的电压滞后和卓越的倍率性能。此外，石墨烯基面与Zn (002) 面之间的低晶格失配，通过外延生长促进了均匀且无树枝状晶的锌沉积。这些结果表明，Gr_Zn 阳极设计克服了 AZMB 中的关键障碍，提供了高能量密度和长期耐久性。此外，其机械 robustness 提供了实际应用所需的灵活性，例如厚电极系统以及柔性可折叠电子设备。这项工作为AZMB 的商业化提供了一种稳健的策略，有效地弥合了高性能界面工程与工业规模化之间的差距。
文献：https://doi.org/10.1002/advs.77287
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