纳米金刚石改性海藻酸钠水凝胶涂层实现锌粉负极超长稳定循环（3780小时）

本文创新性地将纳米金刚石（NDs）引入海藻酸钠水凝胶（SAH）涂层，构建了具有机械稳定性的多功能界面（NDs-SAH@ZnP）。该策略通过NDs的超高硬度、化学惰性和功能化表面特性，协同解决锌粉负极（ZnP）的枝晶生长、副反应和循环寿命短等核心问题，在5 mA cm?2高电流密度下实现3780小时超长循环，为水系锌离子电池（AZIBs）的工业化应用提供新思路。

　　

Highlight

通过纳米金刚石（NDs）与海藻酸钠水凝胶（SAH）的复合，我们构建了一种机械稳定的多功能界面涂层，有效解决了锌粉（ZnP）负极的枝晶生长和副反应问题。NDs在SAH涂层中发挥关键作用，显著提升了ZnP负极在高电流密度下的循环寿命：（1）稳定涂层结构；（2）减少自由水含量并抑制副反应；（3）促进水合Zn²⁺的去溶剂化并加速Zn²⁺传输过程。

Results and discussion

将涂覆的ZnP负极浸入ZnSO₄·7H₂O溶液中，Zn²⁺取代Na⁺并与SA的-COO^?配位，通过Zn²⁺与海藻酸盐羧基（-COO^?）之间的共价键状配位形成永久性“蛋盒”结构（图1a）。NDs最初均匀分散在含有SA的去离子水中（图S3）。通过FTIR光谱分析NDs-SAH、SAH及其组成材料，揭示了...

Conclusions

总之，通过将NDs与SAH复合，我们构建了一种具有机械稳定性的多功能界面涂层，有效缓解了ZnP负极的枝晶生长和副反应问题。NDs在SAH涂层中的关键作用显著提升了ZnP负极在高电流密度下的循环寿命：（1）稳定涂层结构；（2）减少自由水含量并抑制副反应；（3）促进水合Zn²⁺的去溶剂化并加速Zn²⁺传输过程。