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鋰基電池本質上不安全，因為它們使用了易燃的有機電解質。極大的努力致力于開發(fā)固體電解質或更安全的替代電池，其中基于鋅的電池以其高能量密度和與水性電解質的良好兼容性而著稱。從理論上講，Zn-空氣電池具有很高的體積能量密度，是Li-S電池體積能量密度的85％。然而，由于其鈍化（放電產物ZnO絕緣）和溶解（堿性電解質中的可溶性鋅物質）問題，Zn陽極的循環(huán)性能較差。在這項工作中，我們通過一種簡便的溶液澆鑄方法用氧化石墨烯修飾Zn（Zn@GO）陽極來克服這些問題。鋅表面上的GO層可以將電子傳遞穿過絕緣的ZnO，從而減慢Zn中間體溶解到電解質中的速度，從而提高Zn陽極的利用率和可充電性。結果，與未改性的Zn網相比，僅含有1.92wt％GO的Zn@GO陽極顯示出改善的循環(huán)性能。Zn@GO陽極的累積面放電容量是未修飾的Zn網孔的累積面放電容量的128％。此處報道的Zn@GO陽極可以與氧陰極配對以形成安全的高能可充電電池，并可以用于從電動汽車到電網規(guī)模儲能的大規(guī)模應用。本文報道的表面改性方法也可以潛在地應用于發(fā)生鈍化或溶解問題的其他高容量電極。

Figure 1. 鋅電極在電化學循環(huán)過程中形態(tài)變化的示意圖。

Figure 2. （a）GO的TEM圖像；（b）制作過程示意圖；（c）鋅網的俯視SEM圖像；（d）Zn網的橫截面SEM圖像；（e）Zn網的光學顯微鏡圖像；（f）GO修飾Zn篩的SEM俯視圖；（g）GO改性的Zn網的橫截面SEM圖像；（h）GO修飾的Zn網的光學顯微鏡圖像

Figure 3. 10個恒電流循環(huán)之前和之后的陽極特性：（a）循環(huán)前未修飾的鋅陽極的SEM圖像；（b）循環(huán)后未修飾的Zn陽極的SEM圖像；（c）循環(huán)前Zn@GO陽極的SEM圖像；（d）循環(huán)后Zn@GO陽極的SEM圖像；（e）循環(huán)后Zn@GO陽極的SEM圖像和EDS映射

Figure 4. 陽極的電化學性能：（a）紐扣電池組件的光學圖片；（b）裸露的和GO改性的Zn陽極的前22個恒電流循環(huán)的放電面積容量；（c）在最初的200次恒電流循環(huán)中，裸露的和GO改性的Zn陽極的累積放電面積容量；（d）裸露的和GO改性的Zn陽極第20次恒電流循環(huán)的電壓曲線；（e）循環(huán)前后裸露的和GO修飾的Zn陽極的奈奎斯特圖

相關研究成果于2019年由喬治亞理工學院Nian Liu課題組，發(fā)表在Chemical Engineering Science（2019, 194, 142–147）上。原文：Graphene oxide-modified zinc anode for rechargeable aqueous batteries。