水系锌（Zn）金属电池（ZMBs）由于其无火灾危险，被认为是一种极有前途的电网级储能技术。然而，由于Zn枝晶生长导致的Zn电极的有限可逆性，严重阻碍了大容量锌金属电池（>4 mAh cm⁻²）的开发。

近日，韩国科学技术院Hee-Tak Kim，首尔大学Sung Jae Kim，国立济州大学Hyomin Lee报道了提出了一个带负电荷的多孔层（NPL）作为界面主体层，其通过电动效应以无枝晶和无孔洞的方式实现Zn沉积。

文章要点

1）NPL由含磺酸基团的聚合物电解质与非离子聚合物共混而成，具有表面带负电、亚微米孔径和孔结构连通良好等特点。孔壁的表面负电荷形成双电层Zn²⁺，并提供表面Zn²⁺导电。由于沿扩张和高度连通的孔表面的表面导电性增强，Zn²⁺的传输可以超过离子在体电解质中的扩散极限，从而实现了无枝晶的Zn沉积。

2）研究人员通过对电动力学输运的多物理模拟，证明了对于亚微米孔径（≈300 nm）的NPL，表面导电是其主要的电动输运机制。

3）实验结果显示，在10 mA cm⁻²和10 mAh cm⁻²的超苛刻工作条件下，只需简单地将NPL放置在锌金属电极上，其循环稳定性就提高了21倍。此外，采用NPL（面积容量为4.8 mAh cm⁻²）的大容量ZMBs在1000次循环中表现出优异的循环稳定性，库仑效率（CE）高于99.9%，而未使用NPL的电池在166次循环中失效。

参考文献

Soohyun Kim, et al, Electrokinetic-Driven Fast Ion Delivery for Reversible Aqueous Zinc Metal Batteries with High Capacity, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202008059

https://doi.org/10.1002/smll.202008059