"离子通量涡流调控实现可逆锌电沉积：LAPONITE涂层助力高性能水系锌离子电池"

本研究针对水系锌离子电池(AZMBs)中锌负极不均匀沉积和枝晶生长等关键问题，通过设计具有电荷分离中心的LAPONITE人工界面层，成功实现了Zn2+通量涡流的调控。研究发现该涂层能促进垂直取向的致密锌沉积，使Zn||Zn对称电池实现1,200小时稳定循环，Zn||MnO2软包电池容量达3.17Ah。这项工作为开发高安全、长寿命的锌基储能系统提供了新思路。

　　

随着全球碳中和目标的推进，高容量、高安全性的储能技术成为研究热点。锌负极因其理论容量高(820 mAh g^-1)、成本低廉等优势备受关注，但离子通量涡流导致的枝晶生长严重制约其实际应用。武汉理工大学的研究团队在《Nature Communications》发表研究，通过LAPONITE涂层的电荷分离效应调控Zn²⁺传输动力学，实现了可逆的锌电沉积。

研究采用计算流体动力学(CFD)模拟结合同步辐射X射线断层扫描(X-ray CT)等先进表征技术。通过原子力显微镜(AFM)和开尔文探针力显微镜(KPFM)证实LAPONITE的电荷分离特性，利用电化学阻抗谱(EIS)和计时电流法(CA)分析界面动力学，并建立三维模型量化沉积形貌。

Zn沉积取向

同步辐射X射线CT显示，LAPONITE修饰电极(简称LAPO@Zn)上锌沉积呈现双峰取向分布(0°和90°)，而裸锌电极沉积取向随机。扫描电镜(SEM)和掠入射X射线衍射(GIXRD)证实LAPO@Zn促进(100)晶面择优生长，这种垂直排列结构有效抑制枝晶。

Zn沉积致密性

X射线CT定量分析表明，LAPO@Zn沉积物的平均曲率(0.0097)显著低于裸锌(0.019)，平均体积(25,358 μm³)是后者的5倍。GIXRD显示LAPO@Zn的衍射峰半高宽(FWHM)更窄(0.076° vs 0.222°)，表明其结晶度更高。

电化学性能

LAPO@Zn||Zn对称电池在1 mA cm^-2下稳定循环1,200小时，活化能(33.32 kJ mol^-1)低于裸锌(46.89 kJ mol^-1)。Zn||MnO₂软包电池在严苛条件下(E/C比5.58 g Ah^-1)实现3.17Ah容量，400次循环容量无衰减。

该研究阐明了离子通量涡流对锌沉积形貌的影响机制，开发的LAPONITE界面层通过电荷分离效应实现Zn²⁺定向传输，为设计高性能金属负极提供了新范式。这种基于天然黏土材料的解决方案兼具成本效益与规模化潜力，对推动水系锌电池商业化具有重要意义。