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Atomically Dispersed Zincophilic Sites in N,P-Codoped Carbon Macroporous Fibers Enable Efficient Zn Metal Anodes
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2023-05-26 , DOI: 10.1021/jacs.3c03030 Yinxiang Zeng 1 , Zhihao Pei 1 , Deyan Luan 1 , Xiong Wen David Lou 2
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2023-05-26 , DOI: 10.1021/jacs.3c03030 Yinxiang Zeng 1 , Zhihao Pei 1 , Deyan Luan 1 , Xiong Wen David Lou 2
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Zn dendrite growth and undesired parasitic reactions severely restrict the practical use of deep-cycling Zn metal anodes (ZMAs). Herein, we demonstrate an elaborate design of atomically dispersed Cu and Zn sites anchored on N,P-codoped carbon macroporous fibers (denoted as Cu/Zn-N/P-CMFs) as a three-dimensional (3D) versatile host for efficient ZMAs in mildly acidic electrolyte. The 3D macroporous frameworks can alleviate the structural stress and suppress Zn dendrite growth by spatially homogenizing Zn2+ flux. Moreover, the well-dispersed Cu and Zn atoms anchored by N and P atoms maximize the utilization as abundant active nucleation sites for Zn plating. As expected, the Cu/Zn-N/P-CMFs host presents a low Zn nucleation overpotential, high reversibility, and dendrite-free Zn deposition. The Cu/Zn-N/P-CMFs-Zn electrode exhibits stable Zn plating/stripping with low polarization for 630 h at 2 mA cm–2 and 2 mAh cm–2. When coupled with a MnO2 cathode, the fabricated full cell also shows impressive cycling performance even when tested under harsh conditions.
中文翻译：
N,P共掺杂碳大孔纤维中原子分散的亲锌位点可实现高效的锌金属阳极
锌枝晶生长和不良寄生反应严重限制了深度循环锌金属阳极 (ZMA) 的实际应用。在此，我们展示了一种精心设计的原子分散的 Cu 和 Zn 位点锚定在 N，P 共掺杂碳大孔纤维（表示为 Cu/Zn-N/P-CMFs）上作为高效 ZMA 的三维（3D）多功能主体在弱酸性电解液中。3D 大孔框架可以通过在空间上均匀化 Zn 2+来减轻结构应力并抑制 Zn 枝晶生长通量。此外，由 N 和 P 原子锚定的分散良好的 Cu 和 Zn 原子最大限度地利用作为镀锌的丰富活性成核位点。正如预期的那样，Cu/Zn-N/P-CMFs 主体呈现出低 Zn 成核过电位、高可逆性和无枝晶 Zn 沉积。Cu/Zn-N/P-CMFs-Zn 电极在 2 mA cm –2和 2 mAh cm –2下表现出稳定的 Zn 电镀/剥离和低极化 630 小时。当与 MnO 2阴极结合时，制造的全电池即使在恶劣条件下进行测试时也显示出令人印象深刻的循环性能。
更新日期：2023-05-26
中文翻译：
N,P共掺杂碳大孔纤维中原子分散的亲锌位点可实现高效的锌金属阳极
锌枝晶生长和不良寄生反应严重限制了深度循环锌金属阳极 (ZMA) 的实际应用。在此，我们展示了一种精心设计的原子分散的 Cu 和 Zn 位点锚定在 N，P 共掺杂碳大孔纤维（表示为 Cu/Zn-N/P-CMFs）上作为高效 ZMA 的三维（3D）多功能主体在弱酸性电解液中。3D 大孔框架可以通过在空间上均匀化 Zn 2+来减轻结构应力并抑制 Zn 枝晶生长通量。此外，由 N 和 P 原子锚定的分散良好的 Cu 和 Zn 原子最大限度地利用作为镀锌的丰富活性成核位点。正如预期的那样，Cu/Zn-N/P-CMFs 主体呈现出低 Zn 成核过电位、高可逆性和无枝晶 Zn 沉积。Cu/Zn-N/P-CMFs-Zn 电极在 2 mA cm –2和 2 mAh cm –2下表现出稳定的 Zn 电镀/剥离和低极化 630 小时。当与 MnO 2阴极结合时，制造的全电池即使在恶劣条件下进行测试时也显示出令人印象深刻的循环性能。
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