近年来，虽然锂离子电池被认为是储能系统的重要里程碑，但是由于碱金属材料供应有限、成本高以及易燃有机电解质和高活性锂所引发的安全问题，它们的应用受到了一定的限制。由于锌(Zn)金属阳极具有高天然丰度、低毒性、低氧化还原电位和高理论容量，水性锌离子电池(AZIB)引起了极大的关注。然而，枝晶生长、阳极腐蚀和水溶液中的析氢反应严重阻碍了金属锌的广泛应用。因此，迫切需要寻找一种简单、易操作、低成本、高安全性和可扩展的方法来提高锌阳极的稳定性和可逆性。

由于分子自组装层其独特的头基团与底物之间的强化学键，分子尺度的厚度以及分子单层内的有序顺序等性能使其在许多领域具有广泛的应用前景。我们利用一种简单且具有工业化扩展潜力的解决方法，开发了一种高度有序的疏水性自组装硫醇层(SAML)，以抑制枝晶形成、金属锌腐蚀和析氢反应，从而稳定锌金属表面，延长电池寿命。因此，HT-Zn||HT-Zn对称电池在各种电流密度下都表现出优异的稳定性。这种稳定性在HT-Zn||I₂硬币电池和高负载软包电池(使用可扩展溶液方法制备)中得到了进一步证明：前者在4 A g⁻¹的延长充放电周期中保持100%的容量，后者在1000次循环后仍保持着90%的容量，并且其CE超过99.1%。相关成果以题为“Inhibiting Dendrite Formation and Electrode Corrosion via a Scalable Self-Assembled Mercaptan Layer for Stable Aqueous Zinc Batteries”在国际著名期刊Advanced Energy Materials上发表。任宝卉（松山湖材料实验室与深圳大学联合培养博士后）第一作者，松山湖材料实验室支春义研究员，南方科技大学李洪飞助理教授，深圳大学刘卓鑫助理教授为论文通讯作者。

图1a展示了HT在Zn上的原位自组装过程。巯基与Zn发生反应形，成稳定的Zn−S键。同时，烷基链以垂直排列的方式形成有序紧密的结构，从而在Zn表面形成疏水界面层(HT-Zn表示所得的Zn电极)。这种简便、经济的SAML制备工艺在实际应用中具有大规模合成的可行性。通过FTIR、Raman和XPS等验证了在Zn电极上成功制备出HT-SAML。同时，图2理论计算表明，HT的烷基骨架垂直排列在Zn金属表面，形成致密、高度有序的结构。

因此，在1 mA cm⁻²和0.5 mAh cm⁻²下，采用裸Zn阳极的对称电池在循环777小时后突然失效，出现局部短路。相比之下，由于存在保护性的HT-SAML，HT-Zn||HT-Zn对称电池表现出高度可逆且稳定的电镀/剥离性能，并持续超过1800小时。同时，HT-Zn||HT-Zn对称电池的过电位仅约为63 mV，显著低于Zn||Zn电池的过电位（114 mV）。

通过EIS、Tafel和LSV等测试，证明了HT-SAML具有出色的防腐性能和抑制析氢性能。接触角测量和理论计算结果表明HT-Zn具有优越的疏水性，这有助于保护Zn阳极免受受水侵蚀，并抑制电极处发生的析氢反应。通过在锌阳极上构建HT-SAML，在分子水平上改变了界面性质，形成了一个疏水排斥屏障，防止腐蚀介质侵入并抑制氢气在电极上的产生。值得注意的是，SAML独特的有序骨架也可以引导均匀的Zn沉积，从而抑制枝晶的形成。

在全电池性能方面，使用裸Zn阳极的全电池在最初的100次循环中放电容量迅速衰减，在随后的循环中放电容量逐渐下降，在1500次循环后甚至低至69 mAh g⁻¹。与此形成鲜明对比的是，HT-Zn||I₂全电池在超过1500次循环中表现出出色的超稳定性，在扩展充放电测试中没有明显的容量衰减，放电容量保持在90 mAh g⁻¹以上。软包电池连续工作达到1000次，显示出高稳定性。这些发现强调了自组装层在水性锌电池中的潜力，启发了未来进一步提高水性电池效率和耐久性的研究。

本文撰稿：任宝卉