Aqueous zinc metal batteries: failure mechanisms, material control, and pathways to practical applications

在“双碳”目标推动新型储能系统发展的背景下, 水系锌金属电池(aqueous zinc metal batteries, AZMBs)因其本征安全、成本低廉和环境友好而备受关注. 但其规模化应用受限于界面主导的失效机制, 包括枝晶生长、析氢腐蚀级正极溶解等耦合问题. 本文以“界面调控”为核心逻辑主线, 系统综述了AZMBs在负极、电解液与正极三个关键环节的研究进展与挑战, 指出其失效根源在于界面反应的非均匀性与动力学失配. 针对这一关键科学问题, 目前的研究重点已从材料筛选逐步发展为以“分子/离子工程”为核心、以“实用化约束”为目标的体系化协同调控策略. 在负极侧, 通过构建人工界面层、三维集流体及优化锌离子沉积动力学, 显著改善了锌沉积可逆性和循环稳定性; 电解液设计则着眼于调控溶剂化结构、去溶剂化能垒与界面成膜行为, 借助高浓度电解质、共溶剂及功能添加剂抑制副反应、拓宽电化学窗口; 正极方面, 围绕多类正极材料, 揭示了多离子嵌入、转化-溶解等复杂反应机制, 并通过结构修饰与电极工程提升其实际面容量与稳定性. 在此基础上本文进一步强调了在有限锌源、低电解液用量及高面容量约束下进行性能评价与机制研究的必要性, 倡导建立统一、可复现的评价标准与多尺度表征方法. 未来研究需重点将“界面失效机理—分子/离子调控—实用化约束”三者系统关联, 为AZMBs从基础研究向工程应用的转化提供新的认知框架与研究范式.