通过聚合物-基底结合控制金属沉积的成核阶段来实现电极表面平滑

《Advanced Materials》：Achieving Electrode Smoothing by Controlling the Nucleation Phase of Metal Deposition Through Polymer-Substrate Binding

锌电极沉积中聚合物添加剂PEO通过促进(002)取向锌片状结晶抑制枝晶，机制源于PEO与铜基底的界面相互作用及能量调控，密度泛函理论验证了界面能优化过程。

　　

摘要

聚合物添加剂（如聚环氧乙烷（PEO））被广泛用于水系锌电池及其他多种电池体系中，以实现电极表面的平滑沉积。然而，它们调控电极形态并抑制枝晶形成的具体机制仍不明确。在本研究中，通过原位电化学原子力显微镜技术直接观察了在不同浓度ZnSO₄和PEO存在下锌电极沉积过程中以及聚合物在铜（Cu）基底上的吸附行为，从而填补了这一知识空白。与以往文献中的假设不同（这些假设主要强调聚合物与生长中的锌晶体表面或Zn²⁺离子的结合），实验结果表明，PEO通过与铜基底的相互作用促进了(002)取向锌晶片的成核，从而使锌薄膜表面更加平滑。密度泛函理论模拟进一步证实了这一发现：PEO在铜基底上的吸附改变了锌/铜/电解质界面的能量分布，有利于锌(002)晶面的稳定，并将锌的沉积限制在靠近基底的区域。这些发现为电极表面平滑化提供了一种新的设计原理，强调了基底选择的重要性——应选择那些能与基底产生良好相互作用、而对生长中的晶体影响较小的聚合物添加剂，从而为提升电池性能提供理论依据。