《Sci Adv》综述：控制锌金属电极电化学生长，实现低成本可充电储能系统

颗粒在线讯：电化学储能具有效率高、模块化、环境影响小和辅助设施依赖性低等优势，但高成本限制其在长期储能中的应用。相比于其他电化学储能方式，Zn电池具有明显成本优势，但与抽水蓄能或压缩空气储能等方式相比成本仍显过高。提升Zn电池循环性能是降低成本的重要方式。Zn金属表面在充电过程中形成的不均匀的多孔镀层会降低库伦效率、引起体积膨胀甚至导致电池短路，已经成为影响Zn电池循环性能的重要因素。因此，对于Zn金属电沉积/剥离形貌的调控是制备用于低成本高性能Zn金属负极的关键。

美国康奈尔大学LyndenArcher等作者探讨了实现高度可逆的Zn金属负极的电解液、界面和负极结构的设计原则，分析影响Zn沉积形貌的基本原理，并评估控制Zn沉积形貌的各项方法。相关论文以题为“Controlling electrochemical growth of metallic zinc electrodes: Toward affordable rechargeable energy storage systems”发表在Science Advances。

论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abe0219

电池金属负极的电沉积是一个涉及多种物理和化学因素的复杂过程。SEI层和晶体本身的各向异性是影响Zn电沉积的重要因素。在对Zn金属电化学生长过程的描述中需要避免对于形貌的特征和分类过度简化。作者建议按照微结构的几何形状和堆积方式对于Zn电化学沉积形貌进行更加科学和精确的比较。

Zn金属电化学沉积过程的复杂性为研究其理化过程和相互作用，尤其是为在原子尺度下研究SEI层的组成结构及其对于Zn电沉积过程的影响机制创造条件。同时考虑到Zn和Li在电沉积过程中的相似性，对Zn电沉积过程的研究更有助于理解SEI层的普遍作用。

此外，尽管剥离过程对于金属负极的可逆性有着重要影响，但相关的研究相比于沉积过程明显过少。因此通过原位检测技术监测具有不同形貌的Zn负极溶解过程不仅有助于提升金属负极材料的可逆性，同时可以增进对于电化学沉积过程的理解。

低成本和环境友好是Zn电池相比于其他电池体系的主要优势，因此在研究过程中必须确保延长循环寿命取得的收益高于使用额外材料所提升的成本。坚持这一原则不仅有利于降低基础科研过程中无效成果的数量，更有助于确定低成本Zn电池的最佳商业途径。

图1 Zn金属沉积的代表性形貌

图2 Zn金属电沉积的经典电化学框架

图3 提升Zn金属电极可逆性的电解液设计

图4 Zn的晶体学特征

图5 Zn金属负极电沉积形貌的控制方法