华科李会巧/翟天佑EES：循环寿命超过1年！锌基电池新突破

金属锌（Zn）因其高容量和低氧化还原电位而被认为是水系锌基电池的理想负极材料。除了枝晶外，Zn负极还受到电化学过程中不可避免的析氢反应（HER）的影响，而该问题在降低Zn负极的性能方面起着相当隐蔽的作用，目前还没有明确的解释。

金属锌（Zn）作为负极具有高理论容量（5855 mAh cm^-3、820 mAh g^-1）和相当低的氧化还原电位（-0.76 V vs. RHE），在水系电池中占据主导地位。与有机电解质相比，水性电解质更安全、无毒且生产成本低。因此，水系Zn基电池被认为是下一代大规模储能装置的有希望的候选者。但是，Zn负极面临稳定性差和短寿命循环性能的挑战，同时还面临着枝晶生长的挑战。与锂（Li）不同，Zn负极在整个电化学过程中受到析氢反应（HER）竞争性影响，这似乎是所有水系电池系统不可避免的问题。其中，HER的影响通常对Zn负极的性能起着相当隐蔽但非常重要的作用，而这种情况尚未受到广泛关注，同时HER和Zn负极性能之间的基本关系和作用方式也不清楚。

总之，作者通过化学取代方法利用金属In修饰了Zn负极。In的存在有效地延缓了HER的起始电位，抑制了HER副反应和局部pH碱化不会再诱导绝缘氢氧化硫酸锌水合物的形成。因此，作者首次在Zn基电池中实现了超致密和类似岩石的形态。

此外，无论是在高电流密度或低电流密度下，还是在循环之后，都可以获得如此巨大的类似岩石状致密结构。通过In改性，与裸Zn相比，Zn的氧化和还原极化均降低，使得In的存在不仅有利于Zn沉积，而且有利于Zn的剥离。组装的Zn||Zn对称电池可以实现超过1年的超长循环寿命（从70 h提高到>9000 h），同时倍率性能也很好。Zn@In||MnO₂全电池在300次循环后也能保持250 mAh g^-1的容量，并且容量保持率为99%。该研究成果清楚地表明了HER的抑制与性能提升之间的关系，并且有助于深入了解HER作为副反应的作用方式，为改进Zn负极提供了一种新的策略。

An anticorrosive zinc metal anode with ultra-long cycle life over one year.Energy Environ. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D1EE03882F.