盡管鋅負極和水系電解質具有內在安全性、資源豐富且成本低廉，但可充水系鋅電池的實施仍受到循環性不足和眾所周知的寄生副反應（如枝晶生長、析氫反應、腐蝕）的阻礙。構建可靠的固體電解質界面相（SEI）和/或控制晶體生長可有效提高鋅負極的可逆性并減輕副反應。

圖1 電解液設計

西北工業大學馬龍濤、香港理工大學黃海濤等提出了一種咪唑烷基脲（IU）陰離子受體，用于同時調控一系列水系電解液（即 2 m ZnSO₄、2 m Zn(OTf)₂和2 m Zn(BF₄)₂）中的電雙層（EDL）吸附、Zn²⁺體相溶劑化結構和氫鍵網絡，以實現可靠的SEI和Zn (002)平面的優先生長。

研究發現，2 m ZnSO₄(IU)_0.25水系電解液有助于形成內含無機ZnCO₃/ZnS_x和外含有機C-H/C-C成分的層狀結構和堅韌的SEI。同時，它迫使Zn²⁺離子沉積在(002)平面上，形成平面和緊湊的沉積層。

圖2 半電池性能

由于具有抑制枝晶生長和抑制界面寄生反應的固有特性，采用該電解液的Zn??Zn對稱電池和Zn??Br₂全電池均表現出卓越的電化學性能。Zn??Zn電池在1mA·cm^-1和0.5 mAh·cm^-2的條件下可持續運行1500小時。Zn??Br₂電池在0.5 A·g^-1的電流密度下可提供264.1 mAh·g^-1的高容量，并具有1000次循環的長期穩定性。

更重要的是，在鋅利用率為84.03%的苛刻條件下，高鋁容量（約5.7 mA·cm^-2）的鋅??Br₂軟包電池可運行300次循環。該工作為同時引導晶體生長和設計可靠的SEI以實現高可逆的鋅金屬電極提供了新的見解。

圖3 全電池性能

Preferred Planar Crystal Growth and Uniform Solid Electrolyte Interface Enabled by Anion Receptor for Stable Aqueous Zn Batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee01580g