通过短路激励原位构建Zn2+导电界面层以获得稳定的Zn阳极
金属锌具有高的理论容量（820 mAh g-1 和 5854 mAh cm-3）和低电化学电位（-0.763 V vs. NHE），被认为是水系电池中的最理想的负极材料。然而，循环过程中枝晶的生长以及金属锌与水之间严重的副反应阻碍了锌负极的应用。表面改性策略被证明是一种能够有效解决这些问题的方法。多种不同的材料，如碳、纳米碳酸钙、无定形二氧化钛等，已被用在锌负极表面构建界面涂层。这种界面层可以为锌负极提供物理的保护，例如通过其机械强度阻挡枝晶，或者通过减少与水的直接接触来抑制副反应。然而，所有这些报道的界面涂层都不能传导锌离子，对界面锌离子的传输很难产生化学调节作用，因此无法从根本上阻止锌枝晶的生长。众所周知，层状钒氧化物具有足够大的层间空间，足以嵌入锌离子，因此被广泛用作锌离子电池的正极材料。其中，水合五氧化二钒(V2O5•nH2O)具有超大层间距(≈13.5 Å)，可以为锌离子提供大量的传输通道，因此有潜力成为锌负极的一种界面改性候选材料。
图：ZnxV2O5•nH2O界面层的制备过程和调控机制示意图。
近日，华中科技大学材料科学与工程学院、材料成型与模具技术国家重点实验室的李会巧教授团队报道了一种可传导锌离子的界面层的制备方式，并首次将钒氧化物用作锌负极的界面材料，实现了对负极界面上锌离子传导的调控。研究者将制备的氧化钒薄膜简单地转移到锌金属箔的表面，通过电解液引发原位短路电池反应，使得锌离子预嵌入到氧化钒的夹层中。这种原位构建的ZnxV2O5•nH2O薄膜作为理想的锌离子导电界面层可以有效降低界面阻抗，促进锌离子均匀快速地在锌负极表面沉积和溶解，而不会形成枝晶。
