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水系鋅離子電池的商業化實施由于枝晶的猖獗生長和Zn金屬負極上加劇的副反應而受到阻礙。

圖1. Zn-GZH的制備和表征

新加坡南洋理工大學范紅金、武漢大學楊培華等為協同結合離子導電和電子絕緣人工保護層的優勢，在磁控濺射技術的幫助下，提出了一種介電-金屬雙梯度設計策略，即通過控制靶材Zn和HfO₂的濺射功率，獲得了表面富含HfO₂的相對較薄（～60nm）的涂層，金屬Zn的含量隨深度增加（Zn-GZH）。中間區域顯示出逐漸的成分轉變，形成了鋅摻雜的HfO₂（Zn_xHfO_y）。

最外層的HfO₂具有高介電常數（～25）和高擊穿電壓，可以有效地阻止電子通路，從而減少析氫趨勢。內部Zn_xHfO_y的Zn2⁺電導率高于HfO₂，可以使Zn²⁺電流量均勻，消除”尖端效應”。金屬Zn和Zn_xHfO_y之間具有強大界面結合能的大接觸面積保證了濺射層在Zn上的充分粘附，同時降低了電場密度，進一步引導了無腐蝕的均勻的Zn成核過程。

圖2. 半電池性能

通過這種設計，Zn-GZH對稱電池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的條件下表現出1400小時的低而穩定的電壓極化。此外， Zn||Ti-GZH在5 mA cm^-2的條件下循環達3000次，實現了出色的鋅沉積/剝離可逆性，庫侖效率（CE）高達99.9%左右。

基于釩酸鹽正極和Zn-GZH負極的全電池在5 A g^-1下循環2000次后容量保持率超過75%。這種有效的電介質-金屬膜保護設計拓寬了開發穩定和高性能AZIBs的前景。

圖3. 全電池性能

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ACS Energy Letters：電介質-金屬雙梯度保護層穩定鋅金屬負極

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