金属基电池被认为是最具有发展前景的下一代储能体系，其中水系锌金属电池因为高安全、低成本和环境友好等优点，得到了广泛的关注，然而不可控的枝晶生长和水系电解液中严重的副反应，极大的削弱了锌负极的稳定性和循环可逆性。 近期，山东大学冯金奎教授课题组在提高锌金属负极稳定性方面取得了新进展，相关成果以题为“Long-life and dendrite-free zinc metal anode enabled by a flexible, green and self-assembled zincophilic biomass engineered MXene based interface”发表在期刊Chemical Engineering Journal（DOI: 10.1016/j.cej.2021.134277）。山东大学材料学院博士后谭利文为论文第一作者。课题组设计了一种锌金属负极的功能化保护界面，通过将柔性、自组装的生物质（壳聚糖）功能化MXene膜涂覆在锌箔表面，实现了高可逆的锌金属负极。功能化保护层中的壳聚糖的大量氨基官能团与锌离子具有强烈配位作用，能够促进锌成核、诱导均匀锌沉积，而且可以隔绝锌金属与水系电解液的接触，避免腐蚀，抑制副反应。同时，保护层中的MXene能够分散锌枝晶的尖端电场并使其离子化，抑制锌枝晶生长。功能化界面涂覆后锌金属负极的循环稳定性和库伦效率都得到了极大的提高，为设计高可逆锌金属负极提供了新思路。
图5电流密度为(a) 0.5 and (b) 1.0 mA cm-2时，Zn在MX/CS@Zn和Zn负极的成核过电势；(c)不同电流密度下的成核过电势比较；采用MX/CS@Cu和Cu箔电极的Zn||Cu电池在0.5 mA cm-2电流密度下的(d)长循环和(e)库伦效率；采用(f) MX/CS@Cu和(g) Cu箔电极的Zn||Cu电池在不同循环次数时的电压曲线。
图6使用MX/CS@Zn和Zn负极的对称电池在(a) 0.5 mA cm-2, 0.5 mAh cm-2时的长循环性能，及其在(b)第6小时和(c)1200-1210小时的电压曲线；使用MX/CS@Zn和Zn负极的对称电池在 (d) 1 mA cm-2, 1 mAh cm-2时的长循环性能，及其在(e)第6小时和(f)1600-1610h 小时的电压曲线。
图7 (a) 使用MX/CS@Zn和Zn负极的对称电池在5 mA cm-2, 1 mAh cm-2时的长循环性能； 0.5 mA cm-2电流密度循环50圈后对称电池的(b)XRD和(c)阻抗谱图；(d) 对称电池的倍率性能；0.5 mA cm-2电流密度循环50圈后对称电池中(e) Zn和MX/CS@Zn ((f)有MX/CS层，(g)洗掉MX/CS层) 负极的SEM照片。