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鋰基電池本質(zhì)上不安全，因?yàn)樗鼈兪褂昧艘兹嫉挠袡C(jī)電解質(zhì)。極大的努力致力于開發(fā)固體電解質(zhì)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(zhì)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(chǎn)物ZnO絕緣）和溶解（堿性電解質(zhì)中的可溶性鋅物質(zhì)）問題，Zn陽極的循環(huán)性能較差。在這項(xiàng)工作中，我們通過一種簡(jiǎn)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(zhì)中的速度，從而提高Zn陽極的利用率和可充電性。結(jié)果，與未改性的Zn網(wǎng)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(wǎng)孔的累積面放電容量的128％。此處報(bào)道的Zn@GO陽極可以與氧陰極配對(duì)以形成安全的高能可充電電池，并可以用于從電動(dòng)汽車到電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的大規(guī)模應(yīng)用。本文報(bào)道的表面改性方法也可以潛在地應(yīng)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(xué)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(wǎng)的俯視SEM圖像；（d）Zn網(wǎng)的橫截面SEM圖像；（e）Zn網(wǎng)的光學(xué)顯微鏡圖像；（f）GO修飾Zn篩的SEM俯視圖；（g）GO改性的Zn網(wǎng)的橫截面SEM圖像；（h）GO修飾的Zn網(wǎng)的光學(xué)顯微鏡圖像

Figure 3. 10個(gè)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(xué)性能：（a）紐扣電池組件的光學(xué)圖片；（b）裸露的和GO改性的Zn陽極的前22個(gè)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(guān)研究成果于2019年由喬治亞理工學(xué)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。