可充电水性锌金属电池因其固有的安全性和低成本而被认为是很有前途的下一代储能装置。然而，不可控的枝晶生长和金属锌不可避免的寄生反应导致的寿命短阻碍了其大规模应用。

近期，北京化工大学于乐教授、李念武副教授和内蒙古大学郭艳副教授报告了基于Zn/N掺杂碳中空纳米纤维的分层莲藕状纸的形成过程，该纸由相互连接的Zn/N掺杂碳纳米笼修饰而成（称为LRZCF@ZCC），可作为锌金属负极的多功能独立宿主。值得注意的是，互连的多孔结构减轻了内部应力，以确保结构坚固。此外，内部LRZCF@ZCC通道的凹面有利于Zn2+的成核，从而在几何角度引导Zn沉积。同时，分布均匀的金属Zn和N掺杂的碳物种可以作为亲锌位点，降低成核过电位，避免氢气泡的产生。正如预期的那样，LRZCF@ZCC在可控Zn沉积过程中表现出较低的极化，且电压滞后较小。经证实，使用这种独特宿主的对称电池和全电池均表现出较长的循环时间和增强的倍率性能。

图1.a）LRZCF@ZCC的合成路线示意图。b）Zn（Ac）2/PAN/PS的FESEM图像、c）TEM图像和d）截面FESEM图像。e）ZIF-8/PAN/PS的FESEM图像、f）TEM图像和g）截面FESEM图像。h）ZIF-8/PAN/PS和LRZCF@ZCC的分子结构。i）使用ZnSO4电解质在LRZCF@ZCC上进行润湿性试验。

图2.a-e）LRZCF@ZCC的FESEM图像，f）TEM图像，g）HAADF-STEM图像和相应的元素映射。

图3.a）LRZCF@ZCC上的锌沉积示意图。b）以2mAh/cm²的容量镀锌后LRZCF@ZCC的TEM图像。以c）6mAh/cm²、d）10mAh/cm²和e）12mAh/cm²的容量镀锌后LRZCF@ZCC宿主的FESEM图像。

图4.a）不同表面锌晶胚的示意图。b）MPCF@ZCC纤维的FESEM图像。以2mAh/cm²的容量c）镀锌前和d）镀锌后MPCF@ZCC纤维的TEM图像。e）对称电池的奈奎斯特图和f）Arrhenius曲线。

图5.a）镀锌容量为2mAh/cm²时，对称电池在3mA/cm²下的循环性能。b）镀锌容量为4mAh/cm²时，LRZCF@ZCC-Zn对称电池在1mA/cm²下的循环性能。c）对称电池的倍率性能。d）最近报道的对称电池中ZMA宿主的比较。镀锌容量为3mAh/cm²时，e）LRZCF@ZCC-Zn、f）LRZCF-Zn、g）Zn箔和h）NSCF-Zn在3mA/cm²下循环50次后的FESEM图像。

图6.a）LRZCF@ZCC-Zn||NVO电池示意图。b）LRZCF@ZCC-Zn||NVO和Zn||NVO的奈奎斯特图和c）CV曲线。d）LRZCF@ZCC-Zn||NVO和Zn||NVO的倍率性能。e）LRZCF@ZCC-Zn||NVO在不同电流密度下的充电/放电曲线。f）LRZCF@ZCC-Zn||NVO和Zn||NVO的循环性能。

该工作以“Formation of Hierarchical Zn/N-doped Carbon Hollow Nanofibers towards Dendrite-Free Zn Metal Anodes”为题发表在《Advanced Functional Materials》（DOI:10.1002/adfm.202311038）上。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202311038