金屬鋅負極由于其高理論容量和低成本而引起了對水系可充電電池的日益關注。然而，鋅負極的實際應用受到不可抑制的枝晶生長導致的低庫侖效率的限制。

在此，中南大學王海燕教授、張旗等人在更廣泛的電流密度范圍內系統(tǒng)地研究了鋅的沉積和溶解行為，并基于實驗觀察和理論模擬發(fā)現(xiàn)表面不均勻性是鋅枝晶形成的關鍵原因之一。

然后，作者提出了一種簡便的界面重建方法，通過高電流密度下的電化學剝離活化來消除表面異質性。表面重建的鋅負極（R-Zn）暴露出均勻且高活性的內表面，具有均勻的鋅沉積和溶解能壘，從而使后續(xù)的鍍/剝離反應發(fā)生在整個鋅表面，而不是在低電流密度下的局部區(qū)域。使用原位光學顯微鏡觀察來證明R-Zn負極的均勻成核和生長行為，由于鋅在均質表面上的均勻沉積，R-Zn負極上的鋅沉積表現(xiàn)出光滑的形態(tài)，而有關鋅物質吸附沒有明顯的能壘差異。

圖1. 界面異質性引起的鋅枝晶生長機制及光學顯微鏡觀察

因此，基于R-Zn負極的對稱電池可以穩(wěn)定運行1200小時，遠優(yōu)于未處理的原始鋅負極（113小時）。R-Zn負極與NH₄V₄O₁₀正極耦合組裝的鋅離子全電池在1000次循環(huán)后提供178 mAh g^-1的可逆容量，對應的容量保持率為 93%（基于原始鋅負極的全電池容量保持率僅為72%）。

此外，這種電剝離活化方法可以在優(yōu)化的電流密度下使用，還可以通過對新鮮電容器的一步放電操作直接應用于鋅離子混合電容器。電化學測試表明，這種電化學活化鋅離子混合電容器在1000 mA g^-1下循環(huán) 8000次后表現(xiàn)出優(yōu)異的可循環(huán)性和96% 的容量保持率。總之，這種抑制枝晶的簡單而經濟的策略可以擴展到其他金屬電極，以開發(fā)下一代低成本和高能量密度的電池。

圖2. 鋅離子全電池及混合電容器的電化學性能

Electrochemical interface reconstruction to eliminate surface heterogeneity for dendrite-free zinc anodes, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.02.022