金属锌负极（MZA）尖端诱导的枝晶从根本上恶化了水系锌金属电池（ZMBs）的可充电性能。
近日，安徽大学Mingzai Wu，Haibo Hu报道了采用可再生、低成本、环境友好的细菌纤维素（BC）纳米纤维，通过原位自组装的方法在MZA表面设计了一种具有独特三维多孔结构的离子筛(IS)，用于有效抑制MZA的枝晶生长。
文章要点
1）详细的实验表征和分子动力学(MD)/密度泛函理论(DFT)计算结果显示，与配位水相比，IS与Zn离子的相互作用更强，从而打破了水合Zn2+的溶剂化平衡，促进了[Zn(H2O)6]2+物种的去溶剂化。因此，具有较低去溶能的定制Zn离子更容易被还原并沉积在电荷密度较低的MZAs区域，从而显著减轻了针尖诱导效应。同时，由于涂层排斥大量的配位水，MZAs与电解质之间的界面自由水较少，有效削弱了HER副反应。此外，具有丰富纳米孔作为离子通道的人工构建IS对Zn2+离子通量也有积极影响，可以通过类似筛网的空间位阻效应有效地使Zn2+离子通量均匀化，有助于Zn均匀沉积。
2）与纯Zn∥纯Zn样品（仅300 h下，过电位就从127.2迅速增大到376.8 mV）相比，Zn@IS∥Zn@IS对称器件在3000 h（0.25mAh cm−2）下具有更出色的电镀和剥离稳定性，观察到的过电位仅略有增加（从73.5增加到78.1mV）。随后，与进一步设计的碳纳米管（CNT）@MnO2正极配对，得到的全ZMB的循环性能（0.5 A g−1循环3000次后容量保持率为73.3%）远远好于基于原始MZA的电极（仅为21%），验证了Zn@IS负极作为原始MZA的替代电极以提高ZMB的可充电性能的可行性。
参考文献
Shangqing Jiao, et al, Ion Sieve: Tailoring Zn2+ Desolvation Kinetics and Flux toward Dendrite-Free Metallic Zinc Anodes, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c08638
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08638
