水系锌离子电池（ZIBs）以其极高的安全性和可持续性受到前所未有的关注，但由于反应界面离子的随机扩散和缓慢的离子补充，锌金属负极的可逆性很大程度上限制了电池的使用寿命，特别是在高倍率下。
近日，美国加州大学欧文分校忻获麟教授报道了利用高压电晕极化的方法实现定向极化的纳米孔道和铁电聚合物-无机-复合涂层锌负极。
文章要点
1）由于水系锌电池的自建静电场远小于极化铁电涂层的矫顽场（BaTiO3为0.4 kV mm−1，PVDF更高），极化涂层中预先对准的电偶极子在电池自建静电场作用下不会发生切换。因此，在锌负极上采用预极化铁电涂层代替原始铁电涂层，有望使涂层沿极化方向的压电性能得到最大限度的提高。
2）作为概念验证，商用BaTiO3(BTO)因其低成本、电化学惰性、高机械强度、1000的巨介电常数和电池界的高普及率而被选为铁电无机元件。研究发现，锌离子的迁移可以通过“均匀沟道效应”和“离子泵浦效应”得到显著的均匀化和自加速，特别是在镀锌过程中。此外，界面涂层还起到了物理屏障的作用，以机械地抑制垂直生长的Zn。
3）得益于上述多功能性，即使在10 mAh cm−2的大容量和40 mA cm−2的高倍率下循环，也可以获得具有高可逆性的共形和水平排列的Zn形貌。值得注意的是，在电流密度为10 mA cm−2时，最大累计电镀容量超过6500 mAh cm−2，在所有已报道的基于表面改性的锌金属负极中显示出优异的稳定性。此外，改性后的锌负极使得水系Zn//MnO2电池在3 mA cm−2下稳定循环1000次以上，平均循环CE大于99%。
这项工作为在界面离子扩散尺度上稳定金属锌的电沉积提供了新的见解。
参考文献
Peichao Zou, et al, Ultrahigh-Rate and Long-Life Zinc–Metal Anodes Enabled by Self-Accelerated Cation Migration, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202100982
https://doi.org/10.1002/aenm.202100982.
