浙江工业大学曹澥宏教授，Small观点：亲锌种子在锌粉负极表面的合理植入诱导“补丁状”锌沉积实现高性能锌离子电池

水系锌离子电池（AZIBs）具有高安全性、锌储量丰富、高理论容量和低氧化还原电位等优点，已被公认为下一代储能系统的有力候选。然而，其商业化进程仍受限于锌负极所引发的副反应（如腐蚀、钝化和析氢）以及循环过程中难以抑制的枝晶生长。这些问题不仅导致容量快速衰减和循环稳定性下降，还可能引发电池短路，严重制约电池的实际性能。锌粉基负极材料（ZnP）凭借其成本效益、优异加工性和可调节性，在众多候选材料中脱颖而出。然而，其广泛应用仍面临体积效应和枝晶生长等重大挑战。现有的锌负极改性方法多针对二维的平面锌箔设计，难以直接应用于三维的非平面锌粉负极体系。这一技术瓶颈凸显了开发面向锌粉负极专用新方法的迫切需求。因此当前的核心挑战在于如何在非平面锌颗粒表面牢固锚定亲锌位点，同时适应沉积与剥离过程中锌粉颗粒体积及结构的变化。

鉴于此，浙江工业大学曹澥宏教授团队受鳞片型铠甲启发，在Small期刊上发表题为“Seed-Promoted Patch-Like Deposition for Dynamic Protection and Ion Transport Synergy to Achieve Stable Zinc-Powder Anodes”的研究文章。该文章提出通过亲锌成核位点来调节锌沉积行为策略。亲锌成核位点的合理植入会在锌粉表面诱导出贴合锌粉颗粒表面曲率沉积的“补丁状”沉积形态（表示为PL-ZnP），从而形成柔性的鳞片型铠甲保护层。电化学测试结果表明，在对称电池中，PL-ZnP 负极在在1.0 mA cm⁻²和1.0 mAh cm⁻²的测试条件下实现了 1600 小时的循环寿命，约为未改性 ZnP 负极的 16 倍。在 PL-ZnP||MnO₂ 全电池中，PL-ZnP 负极在 0.5 A g⁻¹ 的测试条件下经过 450 次循环后仍保持 80.2%的容量，远优于 ZnP||MnO₂ 电池。

对锌粉颗粒沉积过程中的应力分布模拟结果分析得出：相较于未改性锌粉上的不规则沉积，贴合锌粉颗粒表面曲率的沉积行为能带来更均匀的应力分布。本文通过简单的盐浸策略在锌粉表面均匀生长氧化铜纳米颗粒，并结合XPS、TEM和EDX等表征方法证明亲锌成核位点在锌粉负极表面的成功植入。

PL-ZnP负极在对称电池中表现出优异的循环性能，在1.0 mA cm⁻²和1.0 mAh cm⁻²下可以稳定循环近1600小时。即使在75%的高放电深度下，PL-ZnP||PL-ZnP对称电池仍能保持近500小时的稳定性，突显了其在苛刻条件下的稳定性。同时PL-ZnP具有更优秀的倍率性能，使用PL-ZnP负极组装的对称电池在0.5、1、2、5 mA cm^-2下具有优异的倍率性能，并且当电流密度恢复到0.5 mA cm^-2时，仍能保持近570小时的稳定循环。使用PL-ZnP负极组装的半电池循环500次后的CE高达99.4%，而普通ZnP负极组装的半电池循环92次后CE仅为20.8%。

PL-ZnP||MnO₂全电池展现出优异的倍率性能和循环稳定性。在0.5 A g⁻¹电流密度下循环450次后，PL-ZnP||MnO₂的容量保持率高达80.2%，远优于ZnP||MnO₂电池的36.9%。循环20次后的SEM图像表明，ZnP负极表面出现垂直方向的锌沉积物和突起，而PL-ZnP负极则形成均匀的“补丁状”锌沉积层。这种由亲锌性氧化铜纳米颗粒诱导的均匀沉积行为，有效抑制了枝晶生长，并显著缓解了析氢和腐蚀等副反应。为进一步验证该负极的实用性，本文采用刮涂法制备PL-ZnP负极，展示了其良好的可扩展性。作为概念验证，基于PL-ZnP负极组装的软包电池能够成功驱动电子钟表，并在0.3 A g⁻¹下稳定循环120次，进一步证明了PL-ZnP负极在水系锌离子电池中具有良好的实际应用前景。

Dongshu Liu, Shibo Meng, Yuchao Chen, Jiayi Zhang, Tianqi Deng, Wenxian Liu, Fangfang Wu, Wenhui Shi,* and Xiehong Cao*, Seed-Promoted Patch-Like Deposition for Dynamic Protection and Ion Transport Synergy to Achieve Stable Zinc-Powder Anodes, Small, 2025, e06972.