用于水系电池的锌负极经常会遭受严重的电化学腐蚀和内部枝晶生长。这些问题可以通过使用疏水聚合物和离子导电无机物作为人造层来缓解。然而，未经特殊修饰的无机物与疏水聚合物的相容性往往较差，从而形成疏松多孔层，对副反应的抑制作用比较有限。

近日，山东大学Jian Yang选择了一种具有层状结构的Zr(HPO₄)₂·H₂O（α-ZrP）作为研究对象。

文章要点

1）除了层状结构外，α-ZrP还具有良好的热稳定性、较低的电子导电率和较高的耐酸碱性能，这一切都使其成为人工层的无机材料。但α-ZrP的层间距仅为7.6 Å，小于水合锌离子的直径(~8.6 Å)。因此，研究人员将正丁胺被插入到α-ZrP中，以增加层间距，得到ex-Zrp复合材料。

2）与α-ZrP相比，通过插层得到的得到ex-Zrp复合材料具有以下优点：i）由于正丁胺与NMP/PVDF具有相似的极性，提高了ex-zrp与聚偏氟乙烯的相容性。增强的相容性有利于在锌表面形成具有PVDF的致密层。因此，抑制了H₂O的渗透和寄生反应；ii）它增加了α-σ中的层间距，促进了锌离子在表观能垒(Ea)、离子电导率(σ_Zn2+))和密度泛函理论(DFT)支持下的去溶剂化和输运过程；iii）更有趣的是，它增加了局部浓度(C_Zn2+)和迁移数(t_Zn2+)，显著减少了副反应和阴离子引起的电极过电位。

3）得益于这些效应，在对称/非对称电池中，这种人工膜表现出比裸锌和α-ZrP都要高得多的电化学性能。最后，这种优异性能在全电池和其他层结构（MMT和V₂O₅）中也得到了验证，展示了这种策略的潜在应用前景。因此，这些结果为丰富具有潜在锌离子导体功能的无机物家族和改善无枝晶锌阳极导电无机物与疏水聚合物的界面提供了新的途径。

参考文献

Huili Peng, et al, Organics Intercalation into Layered Structures Enables Superior Interface Compatibility and Fast Charge Diffusion for Dendrite-Free Zn Anodes, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D1EE03624F

https://doi.org/10.1039/D1EE03624F