周豪慎/潘安强/常智Adv. Sci.：具有刚性亚纳米通道的MOF助力高稳定水系锌金属电池

水系锌金属电池（AZMB）因其高安全性、低成本、环保和工艺简单而备受关注。然而，锌金属仍然存在无法控制的枝晶生长和表面寄生反应等问题，这会降低AZMB的库仑效率（CE）和使用寿命。这些问题与活性水密切相关，并且目前尚未得到很好的解决。

图1 ZIF-7_x-8的作用示意

南京大学周豪慎、中南大学潘安强、常智等在锌金属上构建了一个具有刚性亚纳米孔（0.3 nm）的超薄无裂纹金属有机框架（ZIF-7_x-8），以促进锌离子在接近锌金属表面之前的脱溶剂化，减少水与锌之间的接触机会，从而消除水引起的腐蚀和副反应。由于存在刚性和有序的亚纳米通道，锌离子以高度有序的方式沉积在锌金属上，形成无枝晶的锌金属，副产物几乎可以忽略不计，这大大提高了锌金属的可逆性和使用寿命。

图2 ZIF-7_x-8@Zn的表征

因此，基于由超薄无裂纹ZIF-7_x-8保护的锌金属的对称电池可稳定循环长达2200小时（电流密度为1.0 mA cm^-2，沉积容量为1.0 mAh cm^-2）。

即使在更苛刻的条件下（10 mA cm^-2、2 mA cm^-2）进行测试，相应的对称电池的寿命仍然超过1100 小时。锌/铜半电池在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2、5 mA cm^-2/1 mAh cm^-2和10 mA cm^-2/1 mAh cm^-2条件下的CE分别达 99.72%、99.91%和99.96%。

此外，水系PANI-V₂O₅//ZIF-7_x-8@Zn全电池即使在超长的2000次循环后仍能保持86%的高容量，实用的软包电池也可循环使用120次以上。这项工作所展示的简单策略有望加速AZMB的实际应用。

图3 全电池和软包电池性能

Highly Stable Aqueous Zinc Metal Batteries Enabled by an Ultrathin Crack-Free Hydrophobic Layer with Rigid Sub-Nanochannels. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202303773