可充鋅電池技術(shù)受到陽(yáng)極可逆性有限的困擾，特別是在使用貧電解液時(shí)，這一問(wèn)題尤為嚴(yán)重，這影響了鋅電池用于大規(guī)模儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

圖1.?界面表征

加利福尼亞大學(xué)Richard B. Kaner等報(bào)告了一種鋅配位界面的開(kāi)發(fā)情況，這種界面可以防止化學(xué)腐蝕并為鋅陽(yáng)極提供保護(hù)。具體而言，Zn²⁺離子與組氨酸配體和羧酸配體的選擇性結(jié)合形成了一種配位環(huán)境，由于其熱力學(xué)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)易變性，該環(huán)境具有高Zn²⁺親和力和快速Zn²⁺擴(kuò)散能力。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算都表明，這種配位層可減輕副反應(yīng)并調(diào)節(jié)無(wú)枝晶的電沉積。

圖2.?半電池性能

因此，使用這種鋅配位界面可以增強(qiáng)循環(huán)能力，其在20 mA cm^-2的高電流密度下可實(shí)現(xiàn)200小時(shí)以上的無(wú)枝晶鋅沉積/剝離性能。此外，這種可逆性在Zn||LiMn2O₄電池中也得到了驗(yàn)證，該電池在500次循環(huán)后的能量密度為74.7 mWh g^-1，庫(kù)侖效率為99.7%。

此外，作者還展示了一種僅使用10 μL mAh^-1電解液的貧電解液全電池，這種電池的循環(huán)壽命被延長(zhǎng)至100 次，是原始鋅陽(yáng)極的五倍，其能量密度也大大高于商用水系電池。這項(xiàng)工作展示了在鋅陽(yáng)極上利用可變配位界面的概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)，為使用低電解液和制備高能量密度電池提供了一種方法。

圖3. 全電池性能

Labile Coordination Interphase for Regulating Lean Ion Dynamics in Reversible Zn Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202306145