ファセットマッチング誘導の樹枝晶制御による超高レートで安定した亜鉛アノード

要約 資源に恵まれた金属（例：亜鉛）バッテリーは、安全性と持続可能性の内在的な利点を特徴としています。しかし、金属アノードの逆転可能性が低いため、その実用的な実現は妨げられています。これは、通常、制御できない樹枝晶の成長によるものです。樹枝晶が形成されるのを完全に防ぐために大きな努力が払われていますが、高電流密度では効果が薄いようです。本研究では、ファセットマッチングによって小さく均一に分布した同一の亜鉛樹枝晶を形成する代替の樹枝晶制御戦略を提示します。これにより不要な樹枝晶の増大を効果的に回避します。多段階の理論的スクリーニングと特性評価によって確認され、銅ナノワイヤのリッジに定期的に露出したCu(111)ファセットは、低不整合なZn(002)/Cu(111)界面を形成することによってそのような樹枝晶制御が可能です。その結果、30,000サイクル以上で100 mA cm −2という前例のない高速度で可逆的な亜鉛電鋳/ストリッピングが達成され、累積面容量は30 Ah cm −2にまで達します。このアノードを使用したフルセルは、308.3 mAh g −1の高容量を示し、800サイクル後に91.4%の高容量保持を示します。この戦略は、マグネシウムやアルミニウムのアノードにも適用可能であり、長寿命で高レートの金属アノードに向けた有望で普遍的な道を開きます。