贵州大学黄俊&南昌大学陈义旺EES观点:通过面对面电子通道调控策略抑制界面电场波动实现高性能锌电池

水系锌离子电池（ZIBs）因其成本低、环境友好和制造工艺简单等优势，被视为下一代可持续储能的有力竞争者。然而，锌负极在充放电过程中显著的体积变化，导致其在沉积/剥离时库仑效率较低、负极利用率不足、容量快速衰减以及循环稳定性差。为此，已开发多种策略以实现稳定且可逆的锌负极，包括隔膜改性、锌电极结构设计、界面工程以及电解液优化等方法。其中，凝胶电解质凭借其固有的安全性、丰富的离子传导路径、稳定的电化学电位窗口以及优异的机械适应性，在ZIBs中得到广泛研究。尽管在提升凝胶电解质性能和设计方面已取得显著进展，但其仍存在关键挑战。具体而言，不规整的原始锌箔表面与凝胶电解质之间的界面接触有限（离子/电子接触不均匀），严重破坏了锌离子通量和电场的均匀性。这导致在持续循环过程中，锌负极表面出现损伤（空洞或裂纹），且在界面处的活性电子通道（电解质与锌负极之间的接触点）密度降低。随后，局部较高的电流密度不仅加速了锌金属的溶解，还增加了“死锌的堆积”。同时，受损区域暴露的高反应活性内部表面积会加剧枝晶不可控生长和电极结构崩塌的风险，最终降低锌利用率和电极稳定性。因此，迫切需要在凝胶电解质中开发出可行且有效的策略，以同时调控界面电荷分布、丰富电子传输路径并降低局部电流密度，从而避免上述过程带来的不利影响。

近日，来自贵州大学的黄俊特聘教授与南昌大学的陈义旺教授合作，在国际知名期刊Energy & Environmental Science上发表题为“Suppressing the interface electric field fluctuation through face-to-face electronic channel regulation for sustainable zinc batteries”的观点文章。该观点文章提出了一种一步热压策略，通过将聚丙烯酰胺凝胶电解质与均匀且高导电性的商业化碳布结合（PAM/CC），以稳定锌阳极/凝胶电解质界面在循环过程中的电场波动。该策略不仅可促进锌阳极表面不均匀的电荷快速迁移，有效避免电荷堆积引起的尖端效应，还建立了电子通道与离子通道之间的紧密接触，从而最小化局部电流密度，协同促进锌沉积优先向(002)晶面沉积，保护电极结构。由此组装的Zn//Zn对称电池在1 mA cm-2/1 mAh cm-2下稳定循环超3700 h，高放电深度（85.5%）下仍可稳定运行350 h；Zn//Cu不对称电池在10 mA cm-2电流密度下循环8000次后平均库仑效率达99.7%，累积镀容量高达8 Ah cm-2；Zn//MnO2软包电池在弯折测试中也表现出优异稳定性。该策略为凝胶电解质的改性提供了全新的视角和独特见解，通过创新的界面电荷调控以及均匀锌沉积设计，有效解决了可充电ZIBs在可持续性方面的长期难题。

综上所述，本文提出了一种简便高效的热压策略，将高导电碳布引入PAM基凝胶电解质，实现对锌阳极/凝胶电解质界面电场的有效调控。该策略促进了电极表面电荷的快速迁移，抑制了尖端效应和离子浓度极化，可有效引导锌离子沿（002）晶面优先沉积，以形成稳定的晶体结构，从而进一步维持界面电场均匀性并保护电极结构完整。因此，Zn//Zn电池的循环寿命超过3700小时，放电深度高达85.5%。尤为显著的是，Zn//Cu非对称电池在10 mA cm-2/1 mAh cm-2条件下经过8000次循环后，实现了高达99.7%的高库伦效率和优异的循环性能，累计电镀容量达到8 Ah cm-2。此外，Zn//MnO2软包电池即使在不同机械形变条件下也表现出出色的容量保持能力。这些发现证实了该策略在凝胶电解质中的有效性，为实现高性能ZIBs提供了重要见解。

Suppressing the interface electric field fluctuation through face-to-face electronic channel regulation for sustainable zinc batteries. Energy & Environmental Science, 2026,