水系鋅離子電池具有包括高豐度、低毒性和本征不可燃性的顯著優勢。然而，由于枝晶生長和腐蝕反應不受控制，這種電池表現出嚴重的不可逆性，這限制了它們的實際應用。

圖1 溶劑化鞘結構的表征

北京理工大學陳人杰、黃永鑫等受其獨特的分子識別特性的啟發，篩選出具有與Zn²⁺離子直徑相同的內腔尺寸的超分子冠醚作為大環宿主，以優化Zn²⁺配位環境，從而抑制H₂O分子的反應性，并誘導原位形成有機-無機混合雙重保護界面相。

冠醚中高度規整的低聚環氧乙烷單元賦予其獨特的分子識別能力，這使其能夠根據內腔的大小與金屬離子特異性結合，而大環體的外部則是疏水的，這就抑制了水引起的析氫反應和鋅負極腐蝕。

圖2 半電池性能

此外，原位組裝的界面相具有”離子篩”效應，可排斥H₂O分子并促進Zn²⁺的快速傳輸，從而抑制副反應并使Zn²⁺離子均勻沉積。因此，Zn||Zn對稱電池中的Zn負極顯示出較長的循環壽命，在2.0 mA cm^-2/2.0 mAh cm^-2條件下運行超過1360 h，相當于1.36 Ah cm^-2的超高累積沉積容量。

同時，Zn|||Cu半電池的CE值高達 98.4%。此外，添加了冠醚添加劑的Zn||LMO全電池在200次循環后的保持率提高了70%，從而證明了實現非枝晶Zn負極并延長其使用壽命的策略大有可為。

圖3 Zn||LMO全電池性能

Molecular recognition effect enabled by novel crown ether as macrocyclic host towards highly reversible Zn anode. Science Bulletin 2023. DOI: 10.1016/j.scib.2023.08.024