北京
水系锌离子电池凭借极高的安全性和低廉的成本，成为下一代大规模储能的明星候选者。然而，锌负极在水系电解液中极易产生“枝晶生长”和“析氢腐蚀副反应”，严重制约了其商业化进程。
针对这一难题，中国石油大学（华东）阎子峰教授团队与中国海洋大学张誉副教授合作，在《科学通报》发表题为“离子筛分框架材料在水系锌离子电池负极保护中的应用研究进展”的综述文章，提出了一种“离子筛分框架”的解决思路，系统综述了离子筛分框架材料（分子筛、MOF、COF）在水系锌离子电池负极保护中的最新应用进展，深入解析了其独特的离子调控机制，并对未来的跨尺度应用策略进行了全面展望。
图1 利用离子筛分框架材料的特性进行高性能AZIBs锌负极保护的总体示意图
随着全球向清洁能源转型，传统锂离子电池在安全性与成本方面的局限性日益凸显。水系锌离子电池（AZIBs）由于采用本征安全的水系电解液和储量丰富的锌金属负极，备受学术界与工业界瞩目。但是，在传统的液态电解质中，水合锌离子在电极表面的沉积往往杂乱无章，容易形成尖锐的锌枝晶，刺穿隔膜导致电池短路。同时，自由水分子在锌负极表面会引发严重的析氢反应（HER）和腐蚀副反应，导致电池寿命雪上加霜。传统的被动阻挡涂层往往容易脱落失效，因此，构建能够主动调控锌离子传输行为的界面层，成为突破水系锌离子电池寿命瓶颈的关键。
本文将目光聚焦于具备规则亚纳米孔道和丰富界面化学性质的离子筛分框架材料，重点阐述了其如何作为“智能安检门”，实现对锌负极的高效保护：
1. 物理限域与去溶剂化：框架材料的亚纳米孔道通过物理限域效应，迫使水合锌离子脱去外围的溶剂化水分子，从而显著降低了到达锌沉积界面的活性自由水数量，从热力学和动力学源头抑制了析氢和腐蚀副反应。
2. 通量均化：规则有序的孔道阵列能够重新分布电极界面的离子流，使其均匀地传输至锌表面，有效消除局部的离子浓度梯度，从而在空间上抑制锌枝晶的成核与非均匀生长。
3. 选择性传输：依靠尺寸排阻或孔道内部官能团的静电排斥效应，框架材料能够有效阻挡有害阴离子（如硫酸根、多碘化物等）的穿透，实现锌离子的高选择性快速迁移。
文章详细梳理了传统无机分子筛（Zeolites）、金属-有机框架（MOFs）以及共价有机框架（COFs）的拓扑结构与理化特征，客观剖析了它们在孔径调控精确度、电化学窗口、化学稳定性及机械强度等方面的优势与面临的技术挑战。随后从基础的“人工界面层”构筑，到“功能化隔膜”的改性，再到终极的“全固态框架电解质”设计，文章描绘了离子筛分材料从被动防护向主动调控、从液态体系向全固态体系演进的结构一体化发展路线（图2）。
图2 离子筛分框架用于锌负极保护的综合机理示意图.
文章信息
刘小琦，魏麟骄，刘子阳，张誉*，阎子峰*. 离子筛分框架材料在水系锌离子电池负极保护中的应用研究进展. 科学通报, 2026, 71(26): 6143–6156
Liu X, Wei L, Liu Z, Zhang Y, Yan Z. Research progress on ion-sieving frameworks for anode protection in aqueous zinc-ion batteries (in Chinese). Chin Sci Bull, 2026, 71(26): 6143–6156, doi: 10.1360/CSB-2026-0033
https://doi.org/10.1360/CSB-2026-0033
《科学通报》是中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性中文学术期刊，致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新研究动态、消息、进展, 点评研究动态和学科发展趋势。
旬刊，每10天出版1期；
栏目：进展、评述、快讯、论文、观点、科技前沿、科学访谈、亮点述评、悦读科学等；
《新锐期刊分区表》 综合性大类1区TOP期刊；
中国科技期刊卓越行动计划领军期刊；
《中国科技论文与引文数据库》和《中国科学引文数据库》的源期刊，同时被EI、ESCI和Scopus等收录；
期刊官网：http://csb.scichina.com.
转载、投稿请留言
| 关注科学通报 | 了解科学前沿
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
