導(dǎo)讀：作者使用雙功能金屬銦（In）層裝飾鋅表面，既起到緩蝕劑的作用，又起到成核劑的作用。用處理過(guò)的Zn電極組裝的對(duì)稱(chēng)電池可以在極低電壓遲滯（54 mV）的情況下維持高達(dá)1500小時(shí)的電鍍/剝離周期，并且全電池測(cè)試的壽命達(dá)到5000圈。

可充電水系鋅離子儲(chǔ)能系統(tǒng)由于其成本低、安全性高的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于實(shí)際的工業(yè)化來(lái)說(shuō)，仍然存在一些挑戰(zhàn)。一個(gè)主要的問(wèn)題是鋅金屬負(fù)極在嵌入/脫出過(guò)程中不可控的枝晶生長(zhǎng)。通過(guò)表面改性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電解液優(yōu)化等方法可抑制枝晶生長(zhǎng)，提高電池穩(wěn)定性。另一個(gè)主要問(wèn)題是電解質(zhì)中鋅金屬的不良副反應(yīng)（腐蝕）；然而，到目前為止，它還沒(méi)有得到足夠的重視。一方面，腐蝕過(guò)程中氣體的析出增加了密封電池的內(nèi)部壓力，消耗了電解液，從而導(dǎo)致安全問(wèn)題（爆炸、電解液泄漏）和電池早期失效。另一方面，鋅表面的腐蝕副產(chǎn)物不可避免地將鋅轉(zhuǎn)化為電化學(xué)惰性“死”鋅，從而降低了鋅的利用效率。最后，絕緣副產(chǎn)物在鋅表面的覆蓋增加了電池的阻抗，導(dǎo)致鋅鍍層分布不均，加劇了枝晶生長(zhǎng)的問(wèn)題。因此，需要開(kāi)發(fā)出高性能的鋅離子水儲(chǔ)能系統(tǒng)，并且同時(shí)防止腐蝕和枝晶生長(zhǎng)。

針對(duì)上述問(wèn)題，天津大學(xué)楊全紅教授團(tuán)隊(duì)從防腐技術(shù)領(lǐng)域中尋找到靈感，使用金屬銦（In）對(duì)鋅負(fù)極表面進(jìn)行修飾得到性能優(yōu)異的耐腐蝕、無(wú)枝晶Zn|In負(fù)極。此工作近日以“A Corrosion-Resistant and Dendrite-Free Zinc Metal Anode in Aqueous Systems”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《SMALL》上。

論文鏈接： https://doi.org/10.1002/smll.202001736

銦（In）由于其良好的化學(xué)惰性（-0.338 V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極）和高析氫過(guò)電位，被用作水溶液中金屬的緩蝕劑。同時(shí)，作者計(jì)算結(jié)果顯示，In基底對(duì)Zn原子的吸附能高于Zn基底，說(shuō)明In對(duì)Zn具有良好的親和性，Zn原子會(huì)優(yōu)先沉積上。因此，In可以作為一種成核劑，促進(jìn)Zn的均勻沉積。

綜上所述，作者在Zn表面修飾一層雙功能金屬I(mǎi)n層，既起到緩蝕劑的作用，又起到成核劑的作用，這是實(shí)現(xiàn)水溶液中耐腐蝕、無(wú)枝晶的鋅金屬負(fù)極的有效解決方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該策略簡(jiǎn)單有效。在電池循環(huán)過(guò)程中，Zn|In電極在ZnSO4電解質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，并且Zn|In負(fù)極組裝的電池比純Zn負(fù)極組裝的電池具有更大的循環(huán)壽命。這項(xiàng)工作為穩(wěn)定可充電水系儲(chǔ)能系統(tǒng)中的鋅負(fù)極甚至其他金屬負(fù)極提供了一種簡(jiǎn)單而有效的途徑。（文：天航）

圖1. 純Zn和Zn|In的合成圖與表征。

圖2. 純Zn和Zn|In負(fù)極在ZnSO4電解質(zhì)中的腐蝕表征。

圖3. 純Zn和Zn|In在對(duì)稱(chēng)電池中的電化學(xué)性能。

圖4. AC//Zn|In在ZIC全電池中的電化學(xué)性能。