摘要：水系可充电电池在大规模储能方面具有组装简便、安全性高和价格低等显著优势，具有广泛的应用前景。其中，锌基电池因其理论容量高、氧化还原电位低和自然资源丰富而脱颖而出。然而，锌负极面临严峻挑战，包括枝晶形成，析氢反应和腐蚀，这进一步影响电池性能。

研究背景

水系可充电电池在大规模储能方面具有组装简便、安全性高和价格低等显著优势，具有广泛的应用前景。其中，锌基电池因其理论容量高、氧化还原电位低和自然资源丰富而脱颖而出。然而，锌负极面临严峻挑战，包括枝晶形成，析氢反应和腐蚀，这进一步影响电池性能。

研究内容

鉴于此，山东大学张进涛教授团队提出了一种通过在MXene表面原位生长ZIF-8来抑制MXene聚集的方法，作为一种高可逆涂层用于锌负极表面。其成果以题为“In Situ Formation of 3D ZIF-8/MXene Composite Coating for High-Performance Zinc-Iodine Batteries”在国际顶尖材料类期刊Advanced Functional Materials上发表，第一作者为硕士生刘金帅。

研究亮点

⭐本文提出一种在MXene表面原位生长ZIF-8的策略，有效避免了MXene聚集/堆叠。

⭐DFT计算和原位实验表明，三维Z@M复合材料为Zn2+离子的吸附和沉积创造了最佳环境。这种双配位结构改善了Zn2+离子的捕获并优化了其沉积动力学。

⭐得益于高可逆的锌沉积/剥离过程，Z@M-Zn复合负极在对称电池中实现了1050小时的循环寿命，在全电池中实现了2400圈的循环寿命。

图1. MXene的制备合成图和锌负极界面处的反应示意图

图2. 密度泛函理论(DFT)模拟计算和活化能测试

图3. 半电池电化学性能测试

图4. 全电池电化学性能测试

研究结论

我们揭示了一种通过ZIF-8的原位生长有效防止MXene聚集从而实现高可逆锌负极的方法。DFT计算和原位实验观察表明三维Z@M复合材料为Zn2+离子的吸附和沉积创造了最佳环境。这种双配位结构改善了Zn2+离子的捕获并优化了沉积动力学。因此，Z@M-Zn复合负极在对称电池中实现了1050小时的循环寿命。在Zn-I2电池中显示出224 mAh g-1的高比容量和超过2400次的循环寿命。这项研究提出了一种原位生长方法，优化了金属沉积过程，为可充电电池的发展提供了光明的前景。

文献信息

Jinshuai Liu, Song Chen, Wenshuo Shang, Jizhen Ma,* and Jintao Zhang* In Situ Formation of 3D ZIF-8/MXene Composite Coating for High-Performance Zinc-Iodine Batteries Adv. Funct. Mater. 2025, 2422081

文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202422081

来源：皮狗谈科技v