水系锌离子电池（ZIBs）是目前极具前景的可充电电池，价格亲民且可靠性高。然而，锌枝晶的无序生长、析氢反应以及副反应严重制约了其可持续应用。来自天津大学材料科学与工程学院梁骥教授团队在《Journal of Energy Chemistry》期刊发布了“Cu-Sn Alloy Nanoparticles Modified Carbon Nanofibers for Dendrite-Free Zinc Ion Batteries”（铜锡合金纳米颗粒修饰碳纳米纤维实现无枝晶锌离子电池）的最新研究成果。该团队通过静电纺丝和高温碳化技术成功制备了Cu-Sn合金纳米颗粒修饰的碳纳米纤维，为锌离子电池阳极的稳定提供了创新策略，有望推动水系锌离子电池的广泛应用。

研究团队将铜盐、锡盐和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解于二甲基甲酰胺（DMF）中，通过静电纺丝形成前驱体纤维，随后在氢气和氩气氛围下进行高温碳化处理，最终获得Cu-Sn合金纳米颗粒修饰的碳纳米纤维（Figure1a），高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像显示，Cu-Sn合金纳米颗粒在碳纳米纤维中均匀分布（Figure 1d）。

经过电纺丝和高温碳化处理得到的Cu-Sn合金纳米颗粒修饰的碳纳米纤维（Cu/Sn-C）。其三维碳网络结构具有高导电性，且均匀分散的Cu/Sn-C具有高密度亲锌位点，能够均匀化锌沉积行为，减轻锌枝晶穿透隔膜的风险，并减弱腐蚀和副反应（Figure 2）。经计算，Zn²⁺在Cu₃Sn（002）基底上的吸附能为-1.52eV，比碳和纯Zn具有更强的结合亲和力，表明Cu₃Sn与Zn原子之间具有最强的电子相互作用和界面极化（Figure 4）。

采用Cu/Sn-C@Zn阳极的对称电池在1mA cm⁻²下、1mAh cm⁻²容量条件下，循环寿命超过3500小时，并展现出卓越的倍率性能。即使在5mA cm⁻²的高电流密度下，也能实现长达1500小时的长循环寿命，且在不同电流密度下展现出较低的过电位和优异的倍率性能（Figure 5）。

Cu/Sn-C@Zn//MnxV₂O₅全电池在5A g⁻¹下实现了稳定循环。经过1000次循环后，Cu/Sn-C@Zn//MVO电池相较于CNFs@Zn//MVO全电池实现了更高的可逆容量，展现出更好的循环稳定性和倍率性能（Figure 6）。

总之，作者通过静电纺丝法成功制备了富含亲锌位点的Cu/Sn-C作为缓冲界面区域（BIR）以稳定锌阳极。研究发现，高密度分散的Cu-Sn合金具有高锌亲和力，能够调节锌沉积过程以抑制锌枝晶的形成，并抑制副反应，从而延长循环寿命。Cu/Sn-C@Zn对称电池在1 mA cm⁻²下展现出长达3500小时的长循环寿命，并且展现出卓越的倍率性能。经过1000次循环后，Cu/Sn-C@Zn//MVO电池相较于CNFs@Zn//MVO全电池实现了更高的可逆容量。本研究提出了一种创新的锌离子阳极稳定化方法，为水系锌离子电池（AZIBs）的广泛应用铺平了道路。

文章来源： https://doi.org/10.1002/batt.202500205