水系鋅電池具有高安全性、低成本和提供與堿離子電池相當的能量密度的潛力。然而，其實際應用在很大程度上受到在高放電深度（DOD）和高電流密度條件下與鋅負極相關的有限循環壽命的阻礙。

在此，美國西北太平洋國家實驗室（PNNL）李曉林研究員、Matthew Fayette等人報道了電沉積合成的氧化鋁-鋅（AlZn）和銦-鋅合金（InZn）負極，二者均顯示出對鋅枝晶形成的增強耐受性。水系鋅電池的“理想”負極需要滿足以下要求：

（1）減少鋅枝晶形成/良好的循環性能，

（2）增強鋅對腐蝕/放氣的耐受性，

（3）使用地球上豐富的元素，

（4）具有經濟/可擴展方法的出色可制造性。Al和In金屬不僅相當豐富以確保相對較低的成本，而且還具有相對較低的交換電流密度和較高的析氫反應過電位，如果與Zn結合，則可以實現對放氣/腐蝕的高耐受性。在寬In濃度范圍內篩選后，作者發現具有~8-15% In的InZn負極表現出～5-25 mV的低極化，并在10 mA cm^-2的電流密度和5 mAh cm^-2的高容量（對應于45%的DOD）下表現出700次循環的長壽命。

圖1. “理想”負極屬性的蜘蛛圖

作為概念驗證，作者基于InZn負極和DTT正極組裝了全電池。電化學測試表明，在2 M ZnSO₄中提供了~110 mAh g^-1的容量和超過40個循環的良好穩定性。此外，InZn合金表現出比AlZn更好的枝晶抑制和電化學性能，這主要是由于受控的In摻雜能夠在脫合金過程中形成獨特的多孔結構。富In表面的氧化自發地穩定了結構，而通過電沉積形成的Al₂O₃/Zn復合材料不能達到臨界/足夠高的濃度以形成多孔結構。

雖然Al比In更便宜且更豐富，但實現獨特的層狀納米結構所需的高溫合成（＞600℃）是耗能的，并且抵消了低材料成本。氧化銦也比Al₂O₃更導電且機理更有利，這也是商業Zn顆粒使用In作為摻雜劑的原因。總之，這項工作揭示了鋅基負極在實際電池應用中的合理設計，并為水系鋅電池的未來發展打開了大門。

圖2. InZn//DTT全電池的電化學性能

High-Performance InZn Alloy Anodes toward Practical Aqueous Zinc Batteries, ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c00843