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近日,南京信息工程大学柔性与生物电子团队张一洲教授和厦门大学的梁汉锋副教授合作在国际知名期刊《ACS Energy Letters》(T1期刊,影响因子23.991)上,发表题为“Simultaneous Dangling Bond and Zincophilic Site Engineering of SiNx Protective Coatings toward Stable Zinc Anodes”的研究论文,首次利用磁控溅射技术制备了非计量比的氮化硅涂层,SiNx涂层悬空键和亲锌位点工程用于稳定锌负极。张一洲教授为该论文的共同通讯作者。

水系锌离子电池因其安全环保等特点近年来受到广泛的研究。然而,因不均匀锌沉积/剥离过程造成的“尖端效应”促进锌枝晶的生长,导致电池短路,降低了水系锌离子电池的使用寿命。保护涂层的悬空键和亲锌位点工程将是稳定锌负极的有效途径。幸运的是,磁控溅射技术提供了一种制备非计量比涂层的可行路线。

鉴于此,张一洲教授团队与厦大梁汉锋副教授合作利用磁控溅射技术制备了非计量比的氮化硅涂层。相比普通非晶硅涂层,利用磁控溅射技术制备同时具备硅悬空键(Si DBs)和亲锌N位点的非计量比氮化硅涂层(SiNx)上述缺陷位点具有丰富的空间电荷能够在电场作用下发生重排使得硅悬空键带负电荷,从而调控电极表面离子的分布和扩散行为。一方面,缺陷位点能够与锌原子紧密结合进而抑制枝晶生成。另一方面,化学惰性的SiNx涂层能够抑制电极表面的水分解。因此,该保护涂层有效提升了锌负极的循环寿命,在1 mA cm-2的电流密度下,可稳定循环超过4600小时。得益于上述优点,SiNx涂层改性的锌负极的使用寿命得到了显著的提升,该工作也为设计用于高性能锌负极保护涂层缺陷位点设计提供了参考。

文献链接网址:

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02282

(来源:南京信息工程大学 版权属原作者 谨致谢意)

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