点击上方“蓝字”一键订阅图1.示意图：（a）液体BE中的界面湍流扰乱离子传输并加剧锌枝晶生长，以及（b）通过CPE减少界面湍流以调节离子迁移。Zn2+在（c）BE和（d）CPE的传输路径。Zn2+在（e）BE和（f）CPE中的相应计算能垒图。近期，南通大学钱涛团队提出了这一创新概念：界面湍流是实现均匀Zn2+流的关键障碍。如图1a所示，由于基础电解质（BE，2MZnSO4水溶液）的流动性和HER，不可避免地会发生严重的界面湍流，这将进一步扰乱离子传输并加剧锌枝晶的生长。他们设计了一种新型的CPE电解质以减少界面干扰。一方面，富含硅羟基的固定胶体颗粒可以提供均匀的Zn2+传输通道。另一方面，CPE可以从两个方面有效减少界面扰动，稳定Zn2+的传输路径：（1）其胶体-聚合物特性实现了锁定相取代流动相；（2）CPE改变了H2O活性从而有效抑制了HER。基于巧妙设计的CPE，可以同时实现Zn2+传输路径的构建和稳定（如图1b所示）。为了详细了解界面湍流，他们进行了密度泛函理论计算来模拟锌离子在BE和CPE中沿传输路径的定量传输能垒变化。显然，在具有流动性的BE中，计算得到的Zn2+迁移势垒经历剧烈波动，幅度变化很大，约为1.6eV（如图1c和1e所示），从理论上解释了界面湍流。与此形成鲜明对比的是，CPE中Zn2+的传输势垒较小且更稳定，变化幅度较小，为0.35eV（如图1d和1f所示），表明CPE可以有效加速Zn2+的迁移并减少界面湍流。该工作以“DiminishingInterfacialTurbulencebyColloid-PolymerElectrolytetoStabilizeZincIonFluxforDeep-CyclingZnMetalBatteries”为题发表在《AdvancedMaterials》上。
图2.不同电解质中的有限元模拟。
图3.原位拉曼测试。
计算分析（图2）和实验结果（图3）相结合表明，具有胶体锁定相和有效缓解（电）化学副反应的CPE可以减少界面干扰，并确保在高电流密度和容量的深循环中具有优异的界面稳定性。这些综合优点帮助实现了高面积容量（20mAhcm-2）和高电流密度（mAcm-2）的Zn//Cu电池和N/P比低至1的Zn//NVO全电池的优异电化学性能（图4）。该策略为深度可充电ZMB甚至其他具有高面积容量和电流密度的水性电池系统提供了有效策略。
图4.Zn//Cu电池以及Zn//NVO全电池的性能测试。
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