由于鋅金屬負極具有吸引人的特點，包括其豐富的資源、成本效益、低氧化還原電位（-0.76 V vs 標準氫電極）和高理論容量（820 mAh g-1和5855 mAh cm-3），可充水系鋅離子電池（RAZIBs）是水系可充電池的最佳選擇之一。然而，不可控制的鋅枝晶生長和寄生反應極大地阻礙了高能量和長壽命RAZIBs的發展。
鑒于此，南京林業大學梅長彤教授、蘇黎世聯邦理工學院Zhao Kangning、路易斯安那州立大學Zhang Xiaoman報道了含有木質素的纖維素納米纖維(LCNF)-MXene(LM)雙功能層對穩定鋅負極界面的協同作用。一方面，LCNF在相對較低的孔隙率(52.2%)下可提供足夠的強度(43.7 MPa)以實現擴散受限的枝晶抑制，而另一方面，MXene可用作鋅柵，促進鋅離子遷移，限制活性水/陰離子在電極/電解質界面的降解，并沿（002）平面外延引導鋅沉積。受益于擴散限制枝晶的抑制和鋅柵的協同效應，LM層在 Zn//Cu不對稱電池中實現了98.9%的高庫侖效率(CE)和1 mA cm-2下43.1 mV的低過電位。更重要的是，采用LM層的Zn//MnO2全電池在1 A g-1下經過1000次循環后實現了90.0%的高容量保持率，遠高于沒有保護層的全電池（500次循環為73.9%）。總之，這項工作為設計用于長循環壽命電池的無枝晶鋅負極提供了新的見解。
文章要點：
1. 這項工作提出了一種新型的含木質素的纖維素納米纖維(LCNF)-MXene(LM)保護層，以作為穩定鋅金屬負極的理想界面層。
2. 這種具有優異機械性能(43.7 MPa)的LM層具有雙重功能，其中LCNF充當脫溶劑層，限制自由水分子從電極/電解質界面釋放，以抑制水引起的腐蝕反應，而MXene作為鋅控制層，引導枝晶在橫向的形成。這樣，受益于枝晶抑制和活性水/陰離子限制的協同作用，保護層在沉積過程中會引導鋅晶體沿(002)Zn方向生長，與鋅負極表面平行。
3. 因此，與裸鋅對稱電池（219 h，194 mV）相比，具有LM層的鋅對稱電池具有788小時更長的循環壽命和35 mV的較低極化電壓。此外，Zn|LM//Cu非對稱電池在1 mA cm-2下的200次循環中提供了98.9%的高CE和43.1 mV的低過電位。另外，Zn|LM//MnO2全電池在1 A g-1下實現了175.4 mAh g-1的更高容量和超過1000次循環的長壽命，顯著高于Zn//MnO2全電池（64.2 mAh g-1，500次循環后為73.9%）。
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