​天大胡文彬/韩晓鹏AFM：体相晶界调节实现了可充电水系锌离子电池的高可逆性锌负极

锌负极的枝晶和副反应严重限制了水系锌基电池在电网规模储能中的应用。虽然表面/界面改性策略在改善锌负极的可逆性方面取得了一些进展，但仍不足以从晶相角度解决整体调节和内在机制问题。

在此，天津大学胡文彬，韩晓鹏等人介绍了一种基于粉末冶金法的体相复合 Zn/CNTs 负极。得益于晶界工程对局部电导率、电场分布和锌原子吸收能的调控，Zn/CNTs 负极在锌剥离/沉积循环过程中有效抑制了枝晶的生长并增强了耐腐蚀性。配备 Zn/CNT4 负极的对称电池具有更高的循环稳定性，电压滞后极小（仅为 22 mV）。此外，将 Zn/CNT4 与商用 MnO₂ 结合在一起的全电池在循环 500 小时后显示出卓越的倍率性能和比电容保持率。

图2. 锌沉积抑制枝晶策略的机理分析

总之，该工作提出了一种优化的体相策略，通过对晶界局部微环境的工程化处理来实现锌的高度可逆沉积，这与传统的锌负极表面和界面控制方法截然不同。利用粉末冶金技术，作者成功合成了CNTs均匀分布在锌晶界的Zn/CNTs体相复合负极材料。与商用锌箔相比，体相复合 Zn/CNTs 负极在锌剥离/沉积过程中具有更好的抑制枝晶和耐腐蚀性能。

研究表明，CNTs 在晶界中的富集导致了良好的局部导电性、均匀的电场分布以及晶界上均匀的锌原子吸收能。得益于Zn/CNTs体相复合负极的独特优势，采用Zn/CNT4负极的对称电池具有长期循环寿命，电压滞后低至≈22 mV，而采用Zn/CNT4和商用MnO₂配置的全电池在循环500 h后具有最佳的倍率性能和比电容保持率。这种锌负极的体相优化策略以及对晶界工程的基本理解，为设计高度可逆和稳定的锌金属负极开辟了一条可行的途径，也可将其推广到其他金属负极。

图2. 电池性能

Bulk-Phase Grain Boundaries Regulation Enables Highly Reversible Zn Anodes for Rechargeable Aqueous Zn-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202312469