165.9mAh g⁻¹！西安建筑科技大学，唯一通讯发表AM！

来源：西安建筑科技大学、生化环材公开课

由于低氧化还原电位、丰富的性质和广泛的可用性，水系锌离子电池 (AZIBs) 引起了广泛的研究。然而，电池的商业化受到负副反应、灾难性的枝晶生长和不均匀的 Zn2+扩散严重阻碍。

在此，西安建筑科技大学周军团队通过简单的静电纺丝技术开发 3D 自组装项链状纳米纤维，其中 SiO2@SiO2/C 纳米球在互连的氮/碳网络 (SSA/NCF) 上依次排列，以实现 APL 的无粘合剂、高性能和无枝晶生长。

该设计结合了优异的界面离子传输、耐腐蚀性和独特的平面沉积调控能力。SSA/NCF保护层对Zn²⁺具有高亲和性，可降低Zn²⁺的成核势垒并确保更均匀的锌沉积。

此外，这种多功能界面层诱导了（101）晶面优先的电镀生长，促进了致密定向的锌沉积。实验结果表明，SSA/NCF-Zn对称电池在5 mA cm⁻²/1.25 mAh cm⁻²条件下实现了3000小时的超长循环寿命。此外，SSA/NCF-Zn//MnO₂全电池在1 A g⁻¹电流密度下循环1000次后仍保持165.9 mAh g⁻¹的高容量。

图1. 裸 Zn 和 SSA/NCF 电极在不同循环后锌板表面结构

因此，该工作设计并制备了一种三维自组装的SiO₂@SiO₂/C氮掺杂碳纳米纤维（SSA/NCF）多功能界面涂层，旨在抑制副反应和枝晶形成，促进平面锌沉积并提升锌沉积/剥离的可逆性。

实验和理论分析表明，SSA/NCF层凭借其高比表面积和强锌亲和性，有效降低了成核过电位和浓差极化，均匀化了Zn²⁺通量分布，确保了锌的均匀成核。纤维网络结构赋予体系优异的导电性、快速的Zn²⁺迁移动力学以及对循环过程中体积变化的耐受性，从而实现了无枝晶的锌负极。

基于此，SSA/NCF-Zn对称电池表现出卓越的循环性能，在2 mA cm⁻²和5 mA cm⁻²条件下分别稳定运行超过3500小时和3000小时。组装的SSA/NCF-Zn//MnO₂全电池在1 A g⁻¹电流密度下循环1000次后仍保持165.9 mAh g⁻¹的容量。因此，该项工作为推进锌基负极的商业化提供了一种有前景的策略。

图2. 电池性能

Enabling Targeted Zinc Growth via Interface Regulation Toward Binder Free and High Areal Capacity Zinc Metal Anode,Advanced Materials2025 DOI: 10.1002/adma.202503516

周军西安建筑科技大学化学与化工学院教授，副院长 兰炭产业技术创新战略联盟副秘书长；陕西省科技创新团队带头人； 陕西省化工学会常务理事； 陕西省化学会常务理事； 陕西省金属学会理事、炼焦化工专业委员会副主任委员；

研究方向：碳基能源清洁高效开发利用,纳米材料及新型催化剂制备与应用,贵金属冶金及资源综合利用

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