绿色合成富CuZn5合金实现高可逆无枝晶锌沉积的突破性研究

本研究针对锌离子电池(ZIBs)中锌金属负极存在的枝晶生长和副反应问题，通过电沉积-氧化还原置换法(EDRR)在碳布上快速构建三维CuZn5@CC复合电极。该策略无需传统电镀的毒性络合剂，实现了Cu2+/Zn2+双金属同步沉积，获得循环寿命超4000小时（1 mA cm?2）的稳定电极，为绿色制备长效锌负极提供了新范式。

　　

随着可再生能源存储需求激增，锌离子电池(ZIBs)因其高理论容量(820 mAh g^?1)、低氧化还原电位(?0.763 V vs SHE)和水系电解质安全性成为锂离子电池的有力替代者。然而锌金属负极面临的枝晶生长、腐蚀和析氢反应(HER)等问题严重制约其循环寿命。传统改性方法如添加剂引入或保护层构建往往成本高昂且工艺复杂，特别是铜锌(CuZn)合金制备常需氰化物等有毒络合剂，违背绿色化学原则。

厦门大学马来西亚分校的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表创新成果，开发出电沉积-氧化还原置换(EDRR)新工艺，在碳布(CC)上快速构建富CuZn₅的三维电极。该方法通过精确调控电沉积时间(T₁=1 s)和置换时间(T₂=20 s)，实现Cu²⁺/Zn²⁺同步沉积而不需络合剂。关键技术创新包括：1）利用EDRR实现双金属共沉积；2）通过时间参数调控合金组分；3）结合原位显微观察锌沉积行为。

材料与方法
采用三电极体系，以ZnSO₄·7H₂O和CuSO₄·5H₂O为前驱体，在?1.55 V (vs Hg/Hg₂SO₄)电位下进行循环EDRR处理。通过SEM、XRD等技术表征材料形貌与结构，对称电池测试评估电化学性能。

结果与讨论

1. EDRR机理验证：锌优先沉积后通过置换反应形成CuZn₅（吸附能?0.747 eV），其锌亲和性显著优于纯锌(?0.637 eV)。
2. 结构优势：三维碳纤维网络提供均匀电流分布，CuZn₅颗粒作为成核位点引导锌均匀沉积。
3. 性能突破：对称电池在1 mA cm^?2下实现4000小时稳定循环，过电位仅10 mV，原位观察证实其完全抑制枝晶。

该研究开创性地将EDRR技术应用于锌负极改性，解决了传统合金制备的毒性问题。CuZn₅@CC电极展现出创纪录的循环稳定性，其绿色、高效的合成策略为大规模生产高性能ZIBs负极提供了全新路径。这项工作不仅推进了锌基电池商业化进程，也为其他金属负极改性提供了普适性方法学参考。