水系鋅離子電池負極目前主要為金屬鋅，而金屬鋅負極存在著的最大的問題就是充放電過程中的枝晶生長，這也是目前鋅電池還停留在實驗室沒有真正走向商業化應用的主要原因。此外，鋅負極與電解液之間的副反應也是限制其電化學性能的一個急需解決的問題。

近日，中國科學技術大學的朱永春及其團隊利用NaTi2(PO4)3固態電解質涂層，極大地緩解了鋅負極的枝晶生長問題，并有效的抑制了副反應的發生，為水系鋅離子電池后續的研究發展提供了指導和借鑒。

近年來鋰離子電池已經大規模應用于我們生活的方方面面。但是鋰電池使用的為有機電解液，會帶來安全、環保等一系列的問題，因此新型水系電解液二次儲能體系研發的研發逐漸被人們所關注。而其中最有希望商業化應用的就是水系鋅離子電池，但鋅離子電池的負極金屬鋅在電池中反復沉積Zn時極易形成枝晶，嚴重影響了其電化學性能，甚至會造成隔膜刺穿等問題。并且鋅在水中會發生一系列的副反應，同樣也會影響電池的安全性能和電化學性能。很明顯，能否有效的抑制枝晶和副反應的發生，是鋅離子電池經一部發展必須解決的難題。

本文作者針對這一問題，通過第一性原理計算和CV測試，對于NaTi2(PO4)3、TiP2O7、Zn3(PO4)2等一系列的磷酸鹽的離子傳輸效率等進行了研究討論，發現NaTi2(PO4)3具有最佳的離子傳輸效率，并可以很好地對鋅負極進行防護。并且利用XPS、XRD等表征手段發現NaTi2(PO4)3在Zn表面具有類似“離子通行欄柵”，可以使鋅離子更均勻的沉積在Zn表面。在20-20 μm的涂層作用下，鋅負極可以在1 mA cm-2的電流密度下循環超過260 h。此外，所組裝的NTP@Zn/MnO2全電池在10 C（約1.5 A g-1）的電流密度下循環超過1000圈依舊還保佑105 mA h g-1的比容量，平均每次循環的衰減量僅為0.004%。

總的來說，作者通過多種表征方式，提出了NaTi2(PO4)3固態電解質涂層，實現了鋅離子電池枝晶和副反應的有效抑制，最終制備了具有超長循環壽命的鋅離子電池體系。該研究為后續鋅負極的防護提供了很好地思路和設計理念，是鋅離子電池研究的又一個重要突破。

圖1 (a)-(e) NTP,TPO, and ZPO的第一性原理計算結果、對應的鋅離子遷移路徑示意圖和遷移能壘；(f)-(g) NTP的充放電曲線和對應電壓的XRD測試結果。

圖2 (a)-(e)NTP@Zn的充放電前后的XPS、XRD圖；(f) NTP納米顆粒的TEM圖。

?圖3 NTP@Zn的循環性能測試結果。

圖4 (a) Zn沉積過程中Zn負極的光學顯微鏡照片；(b) Zn沉積過程中NTP@Zn負極的光學顯微鏡照片；(c)-(f)?有無NTP涂層的Zn負極充放電后的對比照片。

圖5所組裝的全電池的電化學性能測試結果。