水系锌离子液流电池因其不易燃性和高能量密度可作为一种具有吸引力的储能装置。然而，锌枝晶的形成会导致电池内部短路和容量下降，限制了锌基液流电池的长期运行。

有鉴于此，韩国科学技术院（KAIST）Hee-Tak Kim报道了具有异常强的Zn和缺陷碳表面的轨道杂化，其可以阻止Zn表面的扩散以实现无枝晶的Zn电沉积。

文章要点

1）研究发现，在碳毡(CF)的无缺陷碳表面，通过Zn吸附原子或晶核的表面扩散，造成了不理想的Zn团聚，从而引发了碳纤维尖端局部Zn的沉积，并形成了Zn枝晶。相反，单空位缺陷的不饱和悬键引起Zn轨道和sp²碳轨道的强烈重叠，从而有效地抑制了Zn在沉积初期的聚集。随后锌核的生长导致附近的核连接，覆盖在碳纤维表面，导致锌沉积在三维碳架中致密堆积。因此，利用缺陷碳表面，在高电流密度(超过100 mA cm²)下，可有效地抑制Zn枝晶的形成。

2）含缺陷碳层电极的Zn-Br电池在100 mA cm²和20 mA h cm²下，经过5000次循环后，具有97%的库仑效率。

该研究基于原子学层面，提出缺陷碳结构对锌电沉积影响，并论证了先进锌电池材料设计策略的有效性。

Ju-Hyuk Lee, et al, Dendrite-free Zn electrodeposition triggered by interatomic orbital hybridization of Zn and single vacancy carbon defects for aqueous Zn-based flow batteries, Energy Environ. Sci., 2020

DOI：10.1039/D0EE00723D

https://doi.org/10.1039/D0EE00723D