综述：Ti??C?T??基材料在钠离子电池中的性能优化与结构设计

本综述创新性地提出纳米金刚石(NDs)改性海藻酸钠水凝胶(SAH)涂层策略，通过构建NDs-SAH@ZnP复合负极，显著提升锌粉(ZnP)负极在高电流密度(5 mA cm?2)下的循环稳定性至3780小时。该方案同步解决枝晶生长、副反应和循环寿命短等AZIBs技术瓶颈，其核心突破在于NDs赋予涂层的三重效应：机械强化、界面脱溶剂化促进和自由水含量调控。

　　

Abstract

锌粉(ZnP)负极因其优异的加工性能和比表面积优势，在水系锌离子电池(AZIBs)产业化中展现出巨大潜力。然而其固有的枝晶失控和副反应问题严重制约实际应用。研究团队创新采用纳米金刚石(NDs)作为海藻酸钠水凝胶(SAH)改性剂，构建NDs-SAH复合涂层体系。NDs凭借超硬度、化学惰性和功能化表面碳键等特性，显著增强涂层的机械刚性和耐腐蚀性，使ZnP负极在5 mA cm^?2电流密度下实现3780小时超长循环，较裸ZnP提升126倍。

Introduction

传统锌箔负极存在厚度与能量密度的固有矛盾，而ZnP负极可通过粒径调控实现容量精确匹配。但其大比表面积特性反而加剧了Zn²⁺不均匀沉积和界面副反应，导致析氢(HER)和钝化层形成等连锁降解。现有聚合物改性策略在高压循环下普遍存在机械失效问题。

材料创新

NDs-SAH涂层通过Zn²⁺与海藻酸羧基(-COO^?)的"蛋盒"结构实现原位交联。FTIR分析证实NDs的羧基与SAH形成氢键网络，XPS显示Zn-O-C键合增强界面稳定性。接触角测试表明NDs将涂层亲水性从38°提升至112°，有效减少自由水接触。

机制解析

1. 1.

   机械强化：纳米压痕测试显示NDs使涂层弹性模量提升4.8倍，抗穿刺强度达1.7 GPa；

2. 2.

   界面调控：拉曼光谱证实NDs表面羧基加速Zn(H₂O)₆²⁺脱溶剂化，离子电导率提升至86.7 mS cm^?1；

3. 3.

   副反应抑制：气相色谱检测到HER速率降低89%，原位显微镜观察到均匀Zn沉积形貌。

Conclusion

该工作为AZIBs负极工程提供新范式，NDs-SAH的三重协同机制突破性地解决了高电流密度下的界面失控难题。其原料廉价、工艺简单的特点，为大规模储能器件开发奠定基础。