王开学/黄卫AFM：具有快速离子传输动力学的自适应/自愈合水凝胶SEI

在Zn金属负极上构建聚合物基人工SEI膜在抑制枝晶生长和可充锌离子电池的副反应方面具有巨大潜力。然而，传统的聚合物薄膜存在着Zn²⁺传输动力学缓慢和界面僵硬等关键问题。

图1. Zn@ZA电极的表征

上海交通大学王开学、黄卫等通过原位交联反应，设计并制备了一种藻酸锌（ZA）水凝胶作为Zn负极上的动态界面和Zn²⁺再分配剂。研究显示，ZA的亲锌性和带负电荷的羧基促进了Zn²⁺离子沿”Z型”途径的传输、游离SO₄^2-阴离子的排斥以及Zn²⁺离子脱溶剂化，从而实现了Zn的均匀沉积，并有效抑制了副反应。

此外，ZA水凝胶的动态灵活性赋予了锌负极自我适应的界面，以适应体积变化和修复可能的破裂，从而保证了长期循环的稳定性。

图2. 动力学和脱溶剂化行为的研究

结果，在ZA层的帮助下，Zn负极实现了超过2200小时的使用寿命，而没有形成Zn枝晶和副产品。此外，当Zn负极与MnO₂正极结合时，也显示了出色的循环稳定性（在2C下500次循环后可提供约214 mAh g^-1的高容量），这进一步证明了其实际应用的前景。该工作中提出的水凝胶界面将为探索高性能水系可充ZIBs提供新的启示。

图3. 全电池性能

Self-Adapting and Self-Healing Hydrogel Interface with Fast Zn2+ Transport Kinetics for Highly Reversible Zn Anodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202300952

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王开学/黄卫AFM：具有快速离子传输动力学的自适应/自愈合水凝胶SEI

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