ACS Energy Letters：电介质-金属双梯度保护层稳定锌金属负极

水系锌离子电池的商业化实施由于枝晶的猖獗生长和Zn金属负极上加剧的副反应而受到阻碍。

图1. Zn-GZH的制备和表征

新加坡南洋理工大学范红金、武汉大学杨培华等为协同结合离子导电和电子绝缘人工保护层的优势，在磁控溅射技术的帮助下，提出了一种介电-金属双梯度设计策略，即通过控制靶材Zn和HfO₂的溅射功率，获得了表面富含HfO₂的相对较薄（∼60nm）的涂层，金属Zn的含量随深度增加（Zn-GZH）。中间区域显示出逐渐的成分转变，形成了锌掺杂的HfO₂（Zn_xHfO_y）。

最外层的HfO₂具有高介电常数（∼25）和高击穿电压，可以有效地阻止电子通路，从而减少析氢趋势。内部Zn_xHfO_y的Zn2⁺电导率高于HfO₂，可以使Zn²⁺电流量均匀，消除”尖端效应”。金属Zn和Zn_xHfO_y之间具有强大界面结合能的大接触面积保证了溅射层在Zn上的充分粘附，同时降低了电场密度，进一步引导了无腐蚀的均匀的Zn成核过程。

图2. 半电池性能

通过这种设计，Zn-GZH对称电池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的条件下表现出1400小时的低而稳定的电压极化。此外， Zn||Ti-GZH在5 mA cm^-2的条件下循环达3000次，实现了出色的锌沉积/剥离可逆性，库仑效率（CE）高达99.9%左右。

基于钒酸盐正极和Zn-GZH负极的全电池在5 A g^-1下循环2000次后容量保持率超过75%。这种有效的电介质-金属膜保护设计拓宽了开发稳定和高性能AZIBs的前景。

图3. 全电池性能

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ACS Energy Letters：电介质-金属双梯度保护层稳定锌金属负极

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