鋅金屬由于其高容量和低氧化還原電位，被認(rèn)為是一種非常有前景的水系鋅離子電池（AZIBs）的負(fù)極。不幸的是，枝晶生長(zhǎng)和嚴(yán)重的副反應(yīng)破壞了電極/電解質(zhì)界面的穩(wěn)定性，并最終降低了電化學(xué)性能。

圖1 制備工藝及表征

北京理工大學(xué)陳人杰等設(shè)計(jì)了一種可調(diào)節(jié)的人工離子/電子導(dǎo)電層（IECL）的復(fù)合負(fù)極，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期的AZIBs。該薄膜是通過(guò)MXene和Zn(CF₃SO₃)₂鹽化（PM@Zn）的協(xié)同嵌入，在聚乙烯醇（PVA）基底上獲得的。

這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的離子/電子路徑和優(yōu)先的鋅傳輸，從而使離子分布均勻，加速了電荷擴(kuò)散。同時(shí)，這種人工保護(hù)層（APL）的高楊氏模量和循環(huán)過(guò)程中的無(wú)枝晶沉積形態(tài)進(jìn)一步抑制了析氫和Zn(OH)₄^2-的產(chǎn)生。

圖2 半電池性能

協(xié)同作用下，在對(duì)稱電池中，基于混合APL層的鋅金屬負(fù)極表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，即使在20 mA cm^-2的超高電流密度下也能實(shí)現(xiàn)2000次穩(wěn)定循環(huán)。為了驗(yàn)證其實(shí)際應(yīng)用，在合理的放電深度（DOD）基礎(chǔ)上，帶有復(fù)合負(fù)極和LiMn₂O₄（LMO）正極的全電池在300次循環(huán)后保持了91 mAh g^-1的容量，沒(méi)有樹突狀穿孔和”死鋅”。這項(xiàng)研究對(duì)鋅金屬負(fù)極穩(wěn)定的電極-電解質(zhì)界面的形成和調(diào)節(jié)提出了新的見(jiàn)解。

圖3 LMO//PM@Zn全電池性能

Regulated Ion/Electron-Conducting Interphase Enables Stable Zinc-Metal Anodes for Aqueous Zinc-Ions Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202304454