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電解質-負極界面處的電場分布不均勻和相關的鋅枝晶生長是限制水系鋅離子電池（AZIBs）壽命的最關鍵障礙之一。

武漢理工大學麥立強、韓春華、鄭州大學劉熊等開發了具有薄而均勻厚度、孔隙率和親水性的新型Zn-A-O(A = Si, Ti)界面層，以實現均勻和光滑的鋅沉積。

圖1 ZSO層的制備和表征

在這項工作中，由ZnSiO₃(ZSO)納米片陣列組成的薄界面層是通過簡便的濕化學方法原位集成在Zn箔表面上。在反應過程中，Zn²⁺因熱堿性溶液的腐蝕而溶出，達到一定濃度時與偏硅酸鹽離子成核，生長成排列緊密的超薄納米片陣列，即“刻蝕-成核-生長”過程。這種原位集成策略確保了界面層的均勻性及其與鋅箔連接的緊密性。通過保護致密且完全覆蓋的ZSO層，減輕了形成Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O的副反應。

此外，ZSO納米片上均勻分布的微/中孔和層的親水性促進了電荷/傳質過程，從而降低了成核勢壘和極化。另外，均勻的納米片陣列結構Zn²⁺通量均衡，增加了更多的活性成核位點，降低了局部電流密度，最終消除了“尖端效應”。

圖2 ZSO層的作用研究

因此，Zn@ZSO負極的綜合性能處于先進水平。采用Zn@ZSO的對稱電池在1和5 mA cm^-2下運行了1600和1520小時，分別是Zn//Zn對稱電池的7.5倍和4.5倍。以Zn@ZSO為負極和大質量負載K_0.27MnO₂·0.54H₂O (KMO, 8 mg cm^-2)為正極的全電池可在1C下穩定循環400次。

此外，大規模制備的Zn@ZSO有助于多層和大面積軟包電池的組裝，0.5 Ah軟包電池的成功為大容量Zn-MnO₂電池提供一個可參考的模型。總之，這項工作開發的低成本、可擴展的合成方法，以及界面層結構優勢引導的光滑鋅沉積，有望為鋅負極界面層的綜合設計提供新的視角。

圖3 全電池和軟包電池性能

Large-Scale Integration of Zinc Metasilicate Interface Layer Guiding Well-Regulated Zn Deposition. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202188

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麥立強/韓春華/劉熊AM：大規模制備的界面層實現多層和大面積鋅離子軟包電池

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