锌负极在水系电解质中易遭受严重腐蚀并伴随不可控的钝化，这一问题在水系锌离子电池（AZIBs）循环过程中会进一步加剧。然而，电场作用下的本征腐蚀机制及其与钝化反应的关联尚不明确。
在此，中国科学院深圳先进技术研究院韩翠平，内蒙古大学楠顶等人通过局部电化学分析技术（LEATs）揭示了静态ZnSO₄溶液中锌负极的自发微电池腐蚀机制，包括锌溶解和氧还原过程。研究发现，电场会加剧锌腐蚀，主要归因于剥离和镀覆不均匀性的增强。此外，高电场强度还可能引发非均匀钝化层及锌离子沉积不均的问题。
为有效抑制锌的自腐蚀，作者通过引入（1-(3-磺酸丙基)吡啶鎓）（SPP）在Zn/ZnSO₄界面构建了亲锌的“缓蚀”掩膜。含SPP的Zn//Zn对称电池在20 mA h cm⁻²的高面积容量下实现了1300小时的长期循环。采用ZnSO₄-SPP电解质的Zn-I₂全电池在5 A g⁻¹条件下循环20,000次后仍能保持138.9 mA h g⁻¹的容量。
图1. 机制研究
总之，该工作通过宏观电化学方法与局部电化学分析技术的结合，本工作阐明了静态ZnSO₄溶液中锌的自发腐蚀行为及大量腐蚀微电池的形成机制。结果表明，锌的自发腐蚀会引发其自钝化，导致Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O钝化层的形成并覆盖锌表面。此外，电场会加速锌腐蚀，宏观和微观分析均证实了这一点。
此外，剥离过程中锌表面不均匀性会加剧，而在高电场条件下会诱发非均匀锌离子沉积及钝化膜的不均一性。为缓解腐蚀微电池效应，作者利用SPP在锌表面构建了亲锌的“缓蚀”掩膜，不仅能抑制腐蚀，还赋予锌表面优异的亲锌性，从而促进均匀致密的锌离子沉积。采用ZnSO₄-SPP电解质的Zn//Zn对称电池在1 mA cm⁻²和20 mA h cm⁻²条件下可实现1350小时的稳定循环。
与I₂阴极配对时，Zn-I₂全电池在5 A g⁻¹下循环20,000次后仍能保持138.9 mA h g⁻¹的容量且无衰减。因此，该工作为锌腐蚀与钝化的微观机制提供了深入见解，并为构建高性能AZIBs提供了有效策略。
图2. 电池性能
Insight into the corrosion microcell and passivation mechanisms of a Zn anode for aqueous zinc-ion batteries, Energy & Environmental Science 2025 DOI: 10.1039/d5ee01719j
韩翠平 助理教授 材料科学与能源工程学院 主要围绕水系多价态离子电池开展研究，迄今发表SCI论文70余篇，h-index为51，论文总引用8500余次，论文包括Nat. Commun.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Angew. Chem.等期刊。申请中国发明专利20余项。获广东省自然科学一等奖、深圳市自然科学二等奖、Journal of Materials Chemistry A新锐科学家、深圳市海外高层次人才等；主持国家自然科学基金面上项目及青年项目、广东省自然科学基金面上项目、深圳市优秀青年基金项目等。
楠顶 研究员 内蒙古大学化工学院特聘研究员，博士生导师。近年来主要从事碳纳米材料的研究和产业化工作。在Angew. Chem. Int. Ed，ACS Nano等期刊发表论文80多篇，申请中国专利38项，专著4部，教材2部，软件著作权4项，编制团体标准1项。主持国家及省部（自治区）级项目10多项。为内蒙古自治区“草原英才”工程团队带头人和个人、内蒙古自治区乌兰察布市政府科技特派员等。