先进能源材料化学教育部重点实验室（南开大学） Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)

风能和太阳能等可持续性和间歇性能源每年产生的电力不断增长，这就需要成本有效且可靠的电化学储能。基于多价金属阳极如锌、铝和铁的可充电电池，利用大规模生产和可负担的成本的优势，已经成为有前途的候选物。然而，由无序金属结晶引起的在规则基底上不可控的树枝状金属沉积通常导致电池过早失效，甚至当树枝状金属桥接电极时导致安全问题。南开大学陈军院士课题组报道了一系列具有多种晶体结构(hcp，fcc，bcc)的金属负极(Zn，Co，al，Ni，Fe)可以在单晶Cu(111)衬底上实现无枝晶和外延沉积，这是由最密堆积结晶学实现的。

图1 Cu(111)上金属的外延电沉积

图2 金属与Cu(111)的取向关系

图3 锌在铜表面的沉积行为

最密堆积面与基底水平对齐，从而形成紧凑的平面结构和出色的化学稳定性，即使在前所未有的1 A cm⁻²电流密度下也是如此。在2.3的实际负极与正极容量比下的全电池显示出超过800次循环的循环寿命，库仑效率>99.9%。

图4 外延锌金属负极的电化学性能这项工作中调节金属电沉积的通用方法有望推动新兴可持续能量存储/转换装置的发展。

参考文献:Hao, Z., Zhang, Y., Hao, Z., Li, G., Lu, Y., Jin, S., Yang, G., Zhang, S., Yan, Z., Zhao, Q. and Chen, J. (2022), Metal Anodes with Ultrahigh Reversibility Enabled by the Closest Packing Crystallography for Sustainable Batteries. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2209985.https://doi.org/10.1002/adma.202209985

来源：能源学报公众号