柔性鋅離子電池（ZIBs）是后鋰時代柔性安全能源系統的一個有前景的方向，而鋅負極的不穩定性，包括較差的柔韌性、不可控的沉積和枝晶生長，仍然是一個挑戰。

圖1. 天然蜂窩結構啟發仿生電極的設計

湖南大學段輝高、張冠華等在自然的啟發下，通過機械-電化學加工，展示了一種拓撲優化的仿生物蜂窩狀鋅（BH-Zn）負極。

通過多場數值模擬、密度泛函理論（DFT）計算和原位實驗觀察發現，具有獨特蜂窩狀優化結構的BH-Zn表現出平滑過渡的結構應力、電流密度和表面熱量分布，以及定向和均勻的鋅沉積。因此，由于采用了最佳的仿生物蜂窩設計，多場調節的BH-Zn在10,000次彎曲后呈現出良好的機械和電氣穩定性。

此外，原位形成合金界面的BH-Zn實現了41.5 mV的電壓極化，而平面Zn（P-Zn）則為88.9 mV，并且內大幅提高了鋅沉積/剝離的電化學穩定性（30 mA cm^-2，2000小時）。

圖2. BH-Zn電極的制備與表征

此外，BH-Zn負極和改良的聚苯胺-夾層V₂O₅（PVO）正極被組裝成柔性全電池，表現出出色的倍率性能（在電流密度增加100倍后，保留率超過42%），并在2000次循環后容量保留率提高了20倍以上。在集成應用方面，柔性ZIBs與心率傳感器結合作為一個自供電的可穿戴系統，成功實現了實時健康監測。

總體而言，優化設計和先進的電極加工策略為可定制的金屬電極開辟了一條途徑，并有望應用于穩定的柔性電池。

圖3. ZIBs的電化學性能

Biomimetic Honeycomb Zn Anode Enabled Multi-Field Regulation toward Highly Stable Flexible Zn-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202300419