水系锌（Zn）电池具有理想的能量密度和绝对的安全性，被认为是下一代储能系统最有前途的候选储能技术之一。然而，Zn金属负极上顽固的枝晶形成和臭名昭著的寄生反应严重影响了库仑效率(CE)和循环稳定性，严重阻碍了Zn金属电池的大规模应用。

近日，成都理工大学Ying Zeng，Chaozhu Shu通过六方密排（hcp）Zn(002)晶面和面心立方（fcc）Cu(100)晶面表面晶格的原子尺度匹配，以及欠电位沉积（UPD）亲锌作用，实现了平面锌层的定向择优生长，而不是随机生长锌枝晶。

文章要点

1）研究人员通过从头算分子动力学模拟和密度泛函理论计算，揭示了在Cu(100)表面均匀镀锌/剥离的机理。结果表明，在与Cu(100)晶格失配较小的六方Zn金属中，每个Zn原子层都被驱动沿着裸露的最近堆积平面(002)生长，从而获得了致密的平面Zn沉积。

2）研究人员采用原位光学可视化检测方法，对这种平面锌层的动态形貌演变进行了监测。

3）实验结果显示，具有这种表面织构的Zn负极具有出色的可逆性，具有99.9%的超高库仑效率（CE）。所开发的MnO₂//Zn@Cu(100)全电池在548次循环中提供了长时间的循环稳定性，并具有出色的比能量和功率密度（112.5 Wh kg⁻¹，即使在9897.1 W kg⁻¹下也是如此）。

这项工作有望解决与Zn金属负极相关的问题，促进高能可充电Zn金属电池的发展。

参考文献

Yu Yan, et al, Surface-Preferred Crystal Plane Growth Enabled by Underpotential Deposited Monolayer toward Dendrite-Free Zinc Anode, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c01380

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01380