水系鋅金屬電池（AZMB）因其高安全性、低成本、環(huán)保和工藝簡(jiǎn)單而備受關(guān)注。然而，鋅金屬仍然存在無法控制的枝晶生長(zhǎng)和表面寄生反應(yīng)等問題，這會(huì)降低AZMB的庫(kù)侖效率（CE）和使用壽命。這些問題與活性水密切相關(guān)，并且目前尚未得到很好的解決。

圖1 ZIF-7_x-8的作用示意

南京大學(xué)周豪慎、中南大學(xué)潘安強(qiáng)、常智等在鋅金屬上構(gòu)建了一個(gè)具有剛性亞納米孔（0.3 nm）的超薄無裂紋金屬有機(jī)框架（ZIF-7_x-8），以促進(jìn)鋅離子在接近鋅金屬表面之前的脫溶劑化，減少水與鋅之間的接觸機(jī)會(huì)，從而消除水引起的腐蝕和副反應(yīng)。由于存在剛性和有序的亞納米通道，鋅離子以高度有序的方式沉積在鋅金屬上，形成無枝晶的鋅金屬，副產(chǎn)物幾乎可以忽略不計(jì)，這大大提高了鋅金屬的可逆性和使用壽命。

圖2 ZIF-7_x-8@Zn的表征

因此，基于由超薄無裂紋ZIF-7_x-8保護(hù)的鋅金屬的對(duì)稱電池可穩(wěn)定循環(huán)長(zhǎng)達(dá)2200小時(shí)（電流密度為1.0 mA cm^-2，沉積容量為1.0 mAh cm^-2）。

即使在更苛刻的條件下（10 mA cm^-2、2 mA cm^-2）進(jìn)行測(cè)試，相應(yīng)的對(duì)稱電池的壽命仍然超過1100 小時(shí)。鋅/銅半電池在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2、5 mA cm^-2/1 mAh cm^-2和10 mA cm^-2/1 mAh cm^-2條件下的CE分別達(dá) 99.72%、99.91%和99.96%。

此外，水系PANI-V₂O₅//ZIF-7_x-8@Zn全電池即使在超長(zhǎng)的2000次循環(huán)后仍能保持86%的高容量，實(shí)用的軟包電池也可循環(huán)使用120次以上。這項(xiàng)工作所展示的簡(jiǎn)單策略有望加速AZMB的實(shí)際應(yīng)用。

圖3 全電池和軟包電池性能

Highly Stable Aqueous Zinc Metal Batteries Enabled by an Ultrathin Crack-Free Hydrophobic Layer with Rigid Sub-Nanochannels. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202303773