近年来，随着对环保和安全性能的关注增加，锌离子电池作为一项有潜力的能量储存技术，逐渐在行业内崭露头角。然而，锌金属阳极在实际应用中面临枝晶生长和副反应等挑战，这些障碍限制了锌离子电池的广泛应用。为了解决这些问题，烟台大学环境与材料工程学院、山东农业大学化学与材料科学学院以及南开大学化学学院的研究团队合作提出了一种创新方案——利用金属有机框架（MOF）涂层来增强锌阳极的稳定性和锌离子电池的整体性能。
MOF材料的新角色：保护锌阳极
锌作为一种理想的电池材料，因其高理论容量（820 mAh g⁻¹）和良好的环境兼容性而备受青睐。但在使用过程中，锌枝晶的形成会破坏电池结构并可能引发短路，同时锌与电解液中的水分子发生副反应也会降低能量效率。研究团队通过采用MOF材料作为锌阳极的保护层，旨在解决上述问题。MOF材料以其可精确控制孔道大小和分布的特点，能够有效减少水分接触锌表面，并优化锌离子的迁移路径。
孔道尺寸的重要性：平衡离子流与溶剂化行为
研究团队深入探讨了不同MOF材料（ZIF-7、MOF-5W和MOF-808）孔道尺寸对锌离子迁移和溶剂化行为的影响。他们发现，孔道尺寸是影响锌离子沉积均匀性和抑制副反应的关键因素：
ZIF-7 的小孔道（约2.94 Å）虽然可以显著限制锌离子迁移，但会导致溶剂化过度，促使锌离子更倾向于通过颗粒间隙迁移。
MOF-808 的大孔道（约10.10 Å）虽使离子迁移更加顺畅，但也增加了水分子进入的风险，从而可能引发副反应。
MOF-5W 的适中孔道（约7.80 Å）既能够引导锌离子均匀沉积，又能减少水分子接触锌表面的机会，同时加速锌离子的去溶剂化过程，使其成为最佳选择。
MOF-5W的卓越表现
实验结果显示，涂覆MOF-5W的锌阳极在40 mA cm⁻²电流密度下，经过超过5000次的剥离和沉积循环后仍能保持良好性能。即使在高面积容量（10 mAh cm⁻²）条件下，电极也能稳定运行超过1050小时，展示了其出色的耐用性。当应用于全电池系统（与NVO配对）时，在3 A g⁻1的电流密度下实现了超过1000次的循环寿命，库伦效率稳定在99.7%左右。这表明MOF-5W不仅提高了锌离子电池的稳定性，还增强了整体性能。
从实验室到实际应用的桥梁
该研究的成功之处在于它提供了一个从材料设计到性能测试的完整解决方案。通过精准控制MOF的孔道尺寸，研究团队解决了涂层颗粒间离子流失的问题，实现了离子迁移路径和溶剂化行为的有效调控。这一“结构-功能”设计理念的应用，为其他电池材料的研发提供了宝贵的经验。
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