水系锌(Zn)化学具有固有的安全性，但是遭受严重的不可逆性，例如低库仑效率、持续的水消耗和枝晶生长等问题，这严重阻碍了可充电Zn电池的实际应用。

近日，阿尔伯塔大学Zhi Li提出并证明了一个概念性的新策略，以动态引导均匀Zn沉积，并从根本上根除Zn枝晶生长。

文章要点

1）采用石墨氮化碳量子点（C₃N₄ QDs）纳米片作为电解质添加剂，并且具有许多周期性的共面亲锌孔，其本质上用作快速胶体载体，赋予高Zn²⁺电导率和迁移数，有效地调节Zn²⁺离子通量的更均匀分布。相应地，Zn²⁺溶剂化结构通过与C₃N₄ QDs相互作用而优化，从而最小化初始镀覆期间Zn成核的不均匀性。

2）由沉积的C₃N₄ QDs纳米片组成的原位构建的界面层将形成的Zn金属与反应性水分离，同时保持用于离子筛选的孔开放，以使无水、单一Zn²⁺离子传导成为可能。

3）值得注意的是，这些界面C₃N₄ QDs通过库仑力结合到金属表面，但在电势反转时重新分散到电解质中，在每个电池循环中显示出动态再生。其中，C₃N₄ QDs组分没有被消耗，这可持续地保证界面的共形完整性。

4）作为概念验证，在ZnSO₄电解液中的金属Zn和C₃N₄ QDs提供了令人印象深刻的Zn电镀/剥离CE达到99.7%（在2 mA cm^-2，1 mA h cm^-2下超过200次循环）和长达1200 h的长期循环稳定性（在1 mA cm^-2，1 mA h cm^-2下）。

参考文献

Zhang, W., Dong, M., Jiang, K. et al. Self-repairing interphase reconstructed in each cycle for highly reversible aqueous zinc batteries. Nat Commun 13, 5348 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-32955-0

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32955-0