鋅負極的枝晶和副反應嚴重限制了水系鋅基電池在電網規模儲能中的應用。雖然表面/界面改性策略在改善鋅負極的可逆性方面取得了一些進展，但仍不足以從晶相角度解決整體調節和內在機制問題。

在此，天津大學胡文彬，韓曉鵬等人介紹了一種基于粉末冶金法的體相復合 Zn/CNTs 負極。得益于晶界工程對局部電導率、電場分布和鋅原子吸收能的調控，Zn/CNTs 負極在鋅剝離/沉積循環過程中有效抑制了枝晶的生長并增強了耐腐蝕性。配備 Zn/CNT4 負極的對稱電池具有更高的循環穩定性，電壓滯后極小（僅為 22 mV）。此外，將 Zn/CNT4 與商用 MnO₂ 結合在一起的全電池在循環 500 小時后顯示出卓越的倍率性能和比電容保持率。

圖2. 鋅沉積抑制枝晶策略的機理分析

總之，該工作提出了一種優化的體相策略，通過對晶界局部微環境的工程化處理來實現鋅的高度可逆沉積，這與傳統的鋅負極表面和界面控制方法截然不同。利用粉末冶金技術，作者成功合成了CNTs均勻分布在鋅晶界的Zn/CNTs體相復合負極材料。與商用鋅箔相比，體相復合 Zn/CNTs 負極在鋅剝離/沉積過程中具有更好的抑制枝晶和耐腐蝕性能。

研究表明，CNTs 在晶界中的富集導致了良好的局部導電性、均勻的電場分布以及晶界上均勻的鋅原子吸收能。得益于Zn/CNTs體相復合負極的獨特優勢，采用Zn/CNT4負極的對稱電池具有長期循環壽命，電壓滯后低至≈22 mV，而采用Zn/CNT4和商用MnO₂配置的全電池在循環500 h后具有最佳的倍率性能和比電容保持率。這種鋅負極的體相優化策略以及對晶界工程的基本理解，為設計高度可逆和穩定的鋅金屬負極開辟了一條可行的途徑，也可將其推廣到其他金屬負極。

圖2. 電池性能

Bulk-Phase Grain Boundaries Regulation Enables Highly Reversible Zn Anodes for Rechargeable Aqueous Zn-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202312469