发展新型二次电池技术对大规模电网储能和满足日益增长的电子设备储能需求至关重要。锌离子电池因其具有两倍于锂离子电池的理论能量密度和安全性高等优点而有望成为锂电池的替代品。

然而，锌枝晶问题成为了阻碍锌离子电池商业化的瓶颈，即锌离子扩散带来的负极端锌的沉积/析出不均匀，容易在负极表面形成有极性的局部电场，造成锌晶体的形核和生长在负极端集聚，导致电池的容量衰减和寿命降低。为此，学者们多采用负极修饰、隔膜改性、电解液添加剂等策略改变电池内部电场分布抑制枝晶生长。然而，从正极端引入异质结内建电场来调控锌枝晶动力学行为尚未见报道。此外，锌离子电池正极材料以钒、锰氧化物和普鲁士蓝类似物为主，如何克服现有氧化钴镍电极材料的半导体属性以满足高比容量的锌电池要求也是一项重要挑战。

近日，香港理工大学应用物理学系与智慧能源研究院的黄海涛教授与中国地质大学（北京）材料科学与工程学院黄洪伟教授、张以河教授合作，以具有自发极化特性的铁酸铋（BFO）为包覆层，利用电化学沉积技术，在不锈钢网电极上构建了具有丰富阳离子缺陷的氧化钴镍/铁酸铋（NCOV/BFO）异质结正极材料，显著提升了氧化钴镍的储锌比容量，利用BFO的自发极化场有效抑制了锌枝晶的生长并提升了锌电池循环寿命。

该NCOV正极材料具有丰富的阳离子空位，使得锌离子吸附和电极导电性显著提升，其储锌比容量相比于原始材料提升了两倍以上。经BFO改良后的正极比容量进一步提升，电池在2 A g^-1电流密度下，3000圈循环后仍具有83%以上的容量保持率，而无BFO的电池在400圈后即失效。

研究者利用开尔文探针力显微镜证实了NCOV/BFO异质结内建电场的存在，并模拟了该电场与BFO层厚度的“火山”关系，为异质结的电化学锌离子传输创造了有利条件。

研究者最后对锌枝晶的高度和动力学等相关行为进行了研究，认为BFO层向下的自发极化场有利于电解液整体浓度的改善，为锌离子扩散提供驱动力，达到抑制锌枝晶的功效。

该工作为锌离子电池的负极保护和高比容量正极材料的设计提供了新思路。