2025年7月8日，哈尔滨工业大学张乃庆教授团队在Matter期刊上发表了一篇题为“Ultrastrong bioinspired “brick-and-mortar” artificial SEI for dendrite-free Zn anode”的研究成果。

该成果受贝壳微观结构的启发，利用从天然蛭石和生物材料中提取的廉价、安全和绿色的原材料，在锌金属负极上构建了结构相似的仿生人工固体电解质界面层（Solid Electrolyte Interphase, SEI）。仿生人工SEI具有9.8 GPa的超高储能模量和超过0.5 GPa的平均硬度，在沉积过程中使锌枝晶在应力下屈服，有效地抑制了枝晶生长。此外，二维片状材料堆叠并且与生物聚合物相结合，形成选择性离子通道，可实现锌离子的高效快速传输。研究结果加深了锌负极溶解/沉积过程的力-电化学耦合认知，同时为金属负极的SEI结构设计提供了新的研究思路。

水系锌离子电池，因其高安全性和锌资源的丰富性，被认为是一种极具潜力的新型电化学储能技术。然而，负极锌枝晶的生长是阻碍其实际应用的一个关键挑战。尽管许多报道的人工界面保护层可以缓解枝晶问题，但锌枝晶的高机械模量和循环过程中伴随的体积变化需要界面层具有高机械强度，这一关键要求在以前的研究中经常被忽视。此外，锌的均匀沉积还要求界面层具有优异的离子传输能力。

在这项研究中，张乃庆教授团队脱离传统的材料组分优化的研究范式，通过受仿生学启发的纳米结构设计，制备了一种“砖浆”结构的SEI保护层。该仿生SEI是高机械强度和高离子电导率的巧妙结合，既可以抑制锌枝晶的生长进行均匀的锌沉积，又借助纳米通道和表面改性实现快速离子传输，从而实现锌负极的稳定循环，为实现长寿命水系锌离子电池提供了一种有效的负极方案。

图1：锌负极人工SEI的制备和仿生设计概念。

图2：不同样品对比表征。

图3：仿生SEI抑制锌枝晶生长机理分析。

图4：仿生SEI离子输运特性表征。

图5：锌金属负极的电化学性能。

（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102269