在最初的鋅鍍層/剝離過程中，由于鋅電極附近的水分子分解，鋅表面可以形成電化學ZnO沉淀，這在一定程度上保護了電池免受水性電解液的侵蝕。然而，隨著循環(huán)的進行，ZnO的積累會大大增加界面電阻，導致電池性能下降。有趣的是，對比分析表明，ZnO的（101）面和（002）面與（100）面相比，Zn（002）的晶格錯配度較低。通過理論模擬和分析發(fā)現(xiàn)，ZnO（002）平面具有優(yōu)異的親鋅性，對Zn（002）具有較高的選擇性，且氫吸附的吉布斯自由能（?GH*）優(yōu)于ZnO（101），而ZnO（100）在這方面的表現(xiàn)要差得多。

基于這些理論見解，團隊人員開發(fā)了自發(fā)液相反應和自組裝工藝，將高暴露的ZnO（100）和ZnO（002）原位大量沉淀到鋅箔上，分別表示為ZnO（100）@Zn和ZnO（002）@Zn。實驗結果表明，原位形成的具有熱力學慣性和動力學親鋅性的ZnO（002）保護層在長期循環(huán)過程中有效地優(yōu)化和穩(wěn)定了Zn負極，而ZnO（100）促進了枝晶的快速生長并誘發(fā)了副反應，最終導致電池性能下降。因此，ZnO（002）@Zn電池在0.5 mA cm?2/0.5 mAh cm?2下可實現(xiàn)高達4000 h的穩(wěn)定循環(huán)性能，即使在較大的DOD（85.6%）下也可實現(xiàn)500 h的穩(wěn)定循環(huán)性能。此外，ZnO（002）@Zn||V2O5紐扣電池在1 A g?1下，在1000次循環(huán)中提供了高達113 mAh g?1的高比容量，而軟包電池在V2O5質量負載高達20.2 mg cm?2的情況下獲得了80.6 mAh的顯著放電容量。

要點一：

團隊人員設計了非相干界面、半相干界面和相干界面下Zn在襯底上沉積的界面結構模型（見圖a）。（b）Zn（101）和Zn（002）在ZnO（100）、ZnO（101）和ZnO（002）上的界面能。（c）不同基底上H原子的?GH*計算。（d）基底上鋅沉積示意圖。

要點二：

團隊人員通過一系列表征證明了在ZnO（002）@Zn上可以得到更高、更均勻的12.1 GPa，超過裸Zn（4.5 Gpa）和ZnO（100）@Zn（7.3GPa）。此外，絕緣的ZnO（002）層的電子電阻為50.8 Ω cm?2（圖m），高于裸Zn（0.8 Ω cm?2）和ZnO（100）層（27.8 Ω cm?2）。這種較高的電阻使ZnO（002）絕緣層能夠將導電的鋅金屬從水電解質中分離出來，并防止水引起的副反應。此外，該簡單的制備工藝允許輕松制造ZnO（002）@Zn和ZnO（100）@Zn負極到320 cm2（圖n）。

要點三：

團隊人員表明ZnO（100）層表現(xiàn)出抑制甚至排斥Zn沉積的傾向，程度不一（圖f），而ZnO（002）層因其增強的親鋅性，對Zn沉積具有優(yōu)先親和力，能夠促進沿Zn（002）面的均勻沉積（圖g)。

要點四：

團隊人員通過原位光學顯微鏡在電流密度為10 mA cm?2時，仔細觀察了負極的樹枝狀生長過程及其HER。對于裸鋅（圖e)，鋅的樹枝狀結構在10 min時開始形成，逐漸惡化。由于ZnO（100）@Zn陽極的鋅親和力較差且熱力學穩(wěn)定性差，觀察到明顯的沿邊緣樹枝狀生長和顯著的H2氣泡形成（圖f )，這加劇了電荷密度和Zn2+濃度的不均勻分布，并加速了樹枝狀生長和副反應。正如團隊人員預期的那樣，ZnO（002）@Zn負極在60 min后顯示出均勻且光滑的鋅沉積層，沒有樹枝狀結構和氣泡，表明有效的沉積和抑制了副反應。這些觀察結果進一步通過共聚焦激光顯微鏡（CLMS）得到了證實。如圖h–k所示，裸鋅和ZnO（100）@Zn負極表面不平整且有斑塊狀突起，這是由于嚴重的樹枝狀生長所致。相比之下，ZnO（002）@Zn負極則呈現(xiàn)出均勻且致密的鋅沉積層，沉積區(qū)域之間有明顯的分界。

要點五：

團隊人員通過測試對稱電池表明，Zn表面副產(chǎn)物的形成和積累會嚴重而有害地提高電池的RCT，阻礙電荷/離子轉移。因此，可以推斷，（002）晶格平面氧化鋅高親鋅性有效地增強Zn2+動力學，調節(jié)鋅沉積行為和抑制各種副反應，從而實現(xiàn)超穩(wěn)定的鋅負極。

要點六：

團隊人員組裝了ZnO（002）@Zn||V2O5軟包電池（5.6×4.8 cm2），工業(yè)標準平均加載質量為20.2 mg cm?2，總質量為540 mg。制備的袋電池在電流密度為0.05 A g?1時具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，其放電容量達到86.0 mAh，超過了大多數(shù)報道的鋅離子軟包電池。同時也展示了一個連續(xù)為玩具車供電的實際演示，提供了ZnO（002）@Zn在AZIBs領域的切實潛力。

結論：

團隊人員基于熱力學和動力學標準，設計并制備了兩種不同的Zn電極，即ZnO（100）@Zn和ZnO（002）@Zn，旨在應對與Zn金屬相關的復雜挑戰(zhàn)。理論與實驗相結合的研究表明，ZnO（002）@Zn負極表現(xiàn)出優(yōu)異性能，具有顯著的鋅親和力、增強的離子傳輸動力學、減少的副反應以及沿Zn（002）面均勻的鋅沉積。相反，ZnO（100）保護層的存在加劇了諸如樹枝晶形成、HER和Zn表面不均勻等問題。因此，與裸露的Zn和ZnO（100）@Zn相比，ZnO（002）@Zn在充放電循環(huán)中表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性和耐久性，即使在高達85.6%的大尺寸負載下也能保持高平均CE值99.7%。此外，組裝的ZnO（002）@Zn全電池在1 A g?1下可逆放電容量達到113 mAh g?1，其高負載量為20.2 mg cm?2的軟包電池展現(xiàn)出令人印象深刻的80.6 mAh容量，這無疑展示了其應用價值。