高能量密度无阳极水系锌金属电池的研究进展与未来展望：提升储能性能的关键策略

为解决传统水系锌电池能量密度低、锌负极副反应严重等问题，研究人员聚焦无阳极水系锌金属电池(AF-AZMBs)开展系统性研究，通过优化集流体设计、电解质工程和阴极改性策略，显著提升了电池循环寿命和能量密度(达135 Wh kg?1)，为下一代安全储能技术提供了新思路。

　　

随着全球对可再生能源存储需求的激增，水系锌电池(AZBs)因其本征安全性、高理论容量(820 mAh g^?1)和低成本等优势备受关注。然而，传统AZBs因锌负极过量使用导致能量密度受限(<30 Wh kg^?1)，且锌枝晶生长、析氢反应(HER)等问题严重制约其循环寿命。更棘手的是，预沉积锌的复杂工艺增加了制造成本，这促使研究者将目光投向更前沿的无阳极水系锌金属电池(AF-AZMBs)——通过完全摒弃锌箔负极，理论上可将能量密度提升至135 Wh kg^?1，但面临着锌沉积不均、SEI膜不稳定等科学挑战。

北京化工大学的研究团队在《Journal of Energy Chemistry》发表综述，系统阐述了AF-AZMBs的最新进展。研究人员采用多尺度表征技术结合电化学测试，重点分析了集流体界面改性、电解质溶剂化结构调控等关键技术，并通过原位观测揭示了锌沉积动力学机制。

配置与反应机制
研究指出AF-AZMBs由改性铜集流体、隔膜和锰基阴极等构成，其核心在于Zn²⁺的可逆沉积/剥离行为。不同于传统电池，该体系通过3D石墨烯集流体设计可将锌利用率提升至47.1%，但钛基集流体的高成本问题仍需解决。

关键挑战
团队发现三大瓶颈：1) 锌结晶倾向导致枝晶和"死锌"形成；2) 水性环境中锌的热力学不稳定性引发持续HER；3) 阴极材料不可逆损失。其中SEI膜的动态破裂会使库仑效率(CE)急剧下降至80%以下。

创新策略
通过表面合金化工程(如Zn-Ag界面)可将成核过电位从9.3 mV降至1.5 mV。电解质方面，采用高浓度Zn(ClO₄)₂电解液能形成富ZnF₂的SEI层，使循环寿命延长5倍。阴极改性中，MnO₂的晶格调控显著抑制了溶解效应。

未来展望
研究提出双电极无锌设计、固态电解质调控等突破方向，强调开发原位表征技术对揭示界面反应机理的重要性。该工作为发展高能量密度储能系统提供了理论指导，其提出的"界面-电解质-阴极"协同优化策略已被证实可使电池在2 mA cm^?2下稳定循环200次。

这项研究不仅系统梳理了AF-AZMBs的科学问题与解决方案，更开创性地指出通过仿生集流体设计和电解液组分优化，有望实现能量密度超过200 Wh kg^?1的实用化电池体系，对推动绿色能源存储技术革新具有里程碑意义。