本文將從兩篇文獻出發幫你提供抑制或解決金屬鋅負極枝晶問題。

鋅負極具有高的理論比容量（820mAh g-1）、低氧化還原電位（?0.76V vs標準氫電極）、高安全性，且資源相對豐富、成本較低、環境友好，有望成為下一代儲能器件。但水系鋅離子電池中的鋅負極會發生嚴重的電化學腐蝕和鋅枝晶生長，這將阻礙其實際應用。

北航楊樹斌：應力釋放可有效抑制鋅枝晶

圖片來源：AEM論文

作者采用無模量GaIn合金電極沉積金屬鋅來驗證鍍鋅過程中應力的存在。當鋅電鍍時間為5min（電流密度10 mA cm-2）時，GaIn電極表面出現波長為1~3μm的褶皺，說明了鍍鋅過程中存在應力，使得表面起皺。

進而，作者在柔性MXene層上制備了富鋅液態金屬負極（ZnGaIn // MXene），能夠有效釋放鋅負極的應力。當鋅沉積過程中出現應力時，它會轉移到ZnGaIn // MXene表面，并可以通過使表面起皺超過臨界薄膜應變而完全釋放。根據溝槽沉積模型，應力釋放后，金屬鋅傾向于在褶皺上沉積，并逐漸形成平面而不是鋅枝晶。

分別在ZnGaIn // MXene和Zn箔上鍍鋅的示意圖（圖片來源：Stress-Release Functional Liquid Metal-MXene Layers toward Dendrite-Free Zinc Metal Anodes）

原位光學顯微鏡觀察結果反映了ZnGaIn // MXene層在鍍鋅過程中的應力釋放過程。結果表明ZnGaIn // MXene負極在均勻鍍鋅過程中可能存在一種應力釋放機制。

原位光學顯微鏡觀察ZnGaIn // MXene在不同時間段的鍍鋅過程（圖片來源：Stress-Release Functional Liquid Metal-MXene Layers toward Dendrite-Free Zinc Metal Anodes）

以ZnGaIn // MXene、ZnGaIn // Ti和Zn箔為負極的對稱電池的循環和倍率性能（圖片來源：Stress-Release Functional Liquid Metal-MXene Layers toward Dendrite-Free Zinc Metal Anodes）

錢逸泰院士：有機物插層界面抑制鋅枝晶

作者利用正丁胺對單分散Zr(HPO4)2·H2O(α-ZrP)六方納米片的插層作用，提高其與NMP和聚偏二氟乙烯的相容性，并將它們混合后涂覆蓋在鋅表面，構建了致密的人工界面層。該界面層可抑制H2O的滲透和副反應的發生。此外，插層作用增加了層間距，促進了電荷轉移。

圖片來源：EES論文

當α-ZrP與正丁胺相遇，-NH2的質子化作用驅動正丁胺在中間層和表面擴散和吸附，增強了α-ZrP在NMP/PVdF中的分散性，有利于形成致密界面層。

X射線衍射峰左移，說明層間距增加，可間接證明正丁胺成功插入α-ZrP。FT-IR光譜中也出現了正丁胺的特征吸收峰。SEM圖像顯示，α-ZrP由超薄六邊形納米板組成，表面光滑平整，厚度約為35 nm。AFM圖像表明，插入正丁胺后，納米板的橫向尺寸基本保持不變，但厚度增加到~120 nm。

圖片來源：Organics Intercalation into Layered Structures Enables Superior Interface Compatibility and Fast Charge Diffusion for Dendrite-Free Zn Anodes

將α-ZrP、ex-ZrP與PVdF混合（NMP為溶劑），涂覆在Ti箔上，記作Ti/α-ZrP，Ti/ex-ZrP。

Ti/ex-ZrP具有比Ti/α-ZrP和Ti更小的成核過電位，表明Ti/ex-ZrP增強的動力學。Ti/ex-ZrP在200次循環中表現出約99.5%的高庫侖效率。

對稱電池的循環性能可以看出，Zn、Zn/α-ZrP和Zn/ex-ZrP的電極過電位依次降低，表明Zn/exZrP上的絕緣副產物較少。且Zn/ex-ZrP電池表現出穩定的長循環，沒有短路現象。其循環性能要比許多文獻的數據優秀很多。

圖片來源：Organics Intercalation into Layered Structures Enables Superior Interface Compatibility and Fast Charge Diffusion for Dendrite-Free Zn Anodes

總結

楊樹斌教授等人采用刮涂法制備了具有應力釋放能力的液態金屬-MXene涂層，可以有效抑制鋅枝晶。此外，富鋅液態金屬為鋅的沉積提供了更多的親鋅位點，減少了局部電荷的聚集，消除了成核阻礙。

錢逸泰院士等人將正丁胺嵌入到層狀α-ZrP中，作為人工界面層涂覆在鋅箔上，能夠有效抑制鋅腐蝕和析氫反應。該人工界面層起到導通離子和絕緣電子的作用。嵌入的正丁胺增加了層間距，促進了Zn2+的去溶劑化和傳輸，增加了Zn2+的局部濃度和遷移數，有利于實現鋅的均勻沉積與剝離。

附：原文鏈接

https://doi.org/10.1002/aenm.202200115

https://doi.org/10.1039/D1EE03624F

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