Critical factors to inhibit water-splitting side reaction in carbon-based electrode materials for zinc metal anodes

Dong Hyuk Kang, Eunji Lee, Beom Sik Youn, Son Ha, Jong Chan Hyun, Juhee Yoon, Dawon Jang, Kyoung Sun Kim, Hyungsub Kim, Sang Moon Lee, Sungho Lee, Hyoung-Joon Jin, Hyung-Kyu Lim*, Young Soo Yun*

Carbon Energy.

DOI：10.1002/cey2.254

金属锌因更高的理论容量（820 mAh g^-1及5855 mAh cm^-3）、较低的氧化还原电势（-0.76 V vs. SHE）以及丰富的资源储备等优势被视为非常有竞争力的下一代储能设备。然而，析氢反应（HER）和副产物如Zn(OH)₂的形成降低了其电化学性能，限制了其应用。另一方面，高活性锌金属阳极可充电水系电池的开发要求进一步降低金属的负载量。碳基电极材料（CEMs）有着高活性面积、化学稳定性以及便于金属均匀沉积等优点，因而其具有巨大的应用潜力，但同时增强的HER带来巨大的负面影响。

基于此，高丽大学Young Soo Yun等人制备了一系列具有不同局部石墨化程度、孔结构和表面性质的三维模板碳电极(3D‐TCEs)，研究了CEMs中促进HER的关键因素。通过对3D‐TCE系列样品的系统比较，作者发现CEMs上的超微孔结构是导致HER发生和Zn(OH)₂形成进而堵塞活性位点的决定性因素。相反地，石墨微观结构、含氧基团的含量等并不是影响CEMs电化学性能的关键因素。通过对3D-TCEs结构的合理设计，减少超微孔的占比，本研究设计的电池可以实现超过2000圈并具有高库伦效率（≥99%）地稳定运行。这些结果表明，良好的CEMs设计是实现高活性的关键因素。

该成果以“Critical factors to inhibit water‐splitting side reaction in carbon‐ased electrode materials for zinc metal anodes”为题发表在Carbon Energy上。