纳米金刚石-海藻酸钠复合涂层修饰锌粉负极实现水系锌离子电池超长稳定循环

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NDs-SAH复合修饰的锌粉(ZnP)负极。该设计通过NDs的超高硬度、化学惰性和功能化表面特性，显著提升了涂层机械强度与耐腐蚀性，有效抑制了枝晶生长和副反应。实验表明，修饰后的ZnP负极在5 mA cm?2高电流密度下实现3780小时超长循环，性能较裸ZnP提升126倍，为水系锌离子电池(AZIBs)的产业化应用提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

纳米金刚石(NDs)与海藻酸钠水凝胶(SAH)的协同效应在电化学领域获得突破性发现。通过在锌粉(ZnP)负极构建NDs修饰的SAH人工SEI层(NDs-SA@ZnP)，实现了：

1. 1.

   5 mA cm^?2高电流密度下3780小时超长循环

2. 2.

   NDs-SA@ZnP||Cu不对称电池在1200次循环中保持99.8%平均库伦效率(CE)

Results and discussion

当涂层锌粉负极浸入ZnSO₄·7H₂O溶液时，Zn²⁺与海藻酸钠的羧基(-COO^?)形成永久性"蛋盒"结构（图1a）。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析显示，NDs通过表面官能团(-COOH/-OH)与SAH分子链共价结合，显著增强涂层稳定性。

Conclusions

NDs-SAH多功能涂层的三大核心作用：

1. 1.

   机械稳定：NDs的超高硬度(维氏硬度>100 GPa)有效抵抗枝晶穿刺

2. 2.

   界面调控：减少自由水含量，抑制析氢反应(HER)和腐蚀

3. 3.

   离子传输：促进水合Zn²⁺去溶剂化，加速Zn²⁺迁移

注：翻译严格保留专业术语英文缩写与化学符号规范，采用"人工SEI层"等专业表述，并通过"蛋盒结构"等形象比喻增强可读性。