通过控制金属沉积的核化阶段实现电极平滑——基于聚合物-基片相互作用
材料科学
2025-02-18 v2
摘要
聚合物添加剂[如聚乙烯醇 (PEO)]广泛用于水溶性锌及多种其他电池系统中实现电极平滑 deposition。然而，阐明其如何调节形貌、抑制枝晶形成的精确机制仍不清楚。本研究通过原位电化学原子力显微镜 (EC-AFM) 直接观察 Zn 电沉积过程中聚合物在铜 (Cu) 基片上的吸附及界面演化过程，考察不同浓度的 ZnSO4 和 PEO 的影响。与以前文献假设的观点不同，本研究结果表明，PEO 通过与 Cu 基片相互作用促进 (002) 取向 Zn 盘状晶体的核化，从而平滑 Zn 薄膜。密度力学 (DFT) 模拟支持这一发现，表明 PEO 对 Cu 表面的吸附会改变 Zn/Cu/电解质界面 interfacial energy，使 Zn (002) 在 Cu 基片上更易稳定，同时限制 Zn 电沉积集中在靠近表面的狭窄区域。这些发现阐明了电极平滑的一种新型设计原则，强调基片选择与表现出对基片有吸引力相互作用但对生长中晶体最小化相互作用的聚合物添加剂的重要性，为改进电池性能提供了机制学视角。
关键词
引用
@article{arxiv.2502.05809,
title = {Achieving electrode smoothing by controlling the nucleation phase of metal deposition through polymer-substrate binding},
author = {Ying Xia and Duo Song and Mingyi Zhang and Zheming Wang and Chenyang Shi and Jingshan S. Du and Sun Hae Ra Shin and Mark H. Engelhard and Praveen K. Thallapally and Christine A. Orme and Jinhui Tao and Maria L. Sushko and James. J. De Yoreo and Jun Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.05809},
year = {2025}
}