SSB蓄电池水系锌金属电池的矿物基稳定化学
矿物基策略在水系锌金属电池（ZMBs）中展现出本征相容性，因其结构特性与化学稳定性高度契合水系电化学环境。尽管矿物材料作为电极涂层和电解液修饰剂已被广泛研究，但目前仍缺乏系统整合其在ZMBs中功能作用与作用机理的全面综述。本综述对水系ZMBs中矿物基策略进行了系统化、结构化的梳理。锌负极矿物涂层按矿物类型与制备路径进行分类总结，进而探讨其抑制枝晶生长和缓解负极副反应的机理。矿物改性电解质（包括固液混合体系和矿物增强凝胶体系）被进一步分析，重点探讨其在拓宽电化学稳定窗口、降低水活性、重构溶剂化结构、提升迁移数、调控离子通量、实现原位固态电解质界面（SEI）膜形成以及改善界面相容性与结构稳定性等方面的作用。最后，展望了矿物作为水系锌金属电池涂层和电解质的未来发展前景，旨在连通基础认知与实际器件级应用之间的跨链桥。
图文摘要
引言
水系锌金属电池在强水主导的电化学环境中运行，其中阳极和阴极材料的稳定性受复杂的离子-溶剂相互作用与界面化学控制。活性水分子不仅会引发副反应、结构劣化及正极材料溶解，还会加剧锌的2+锌金属负极处的沉积、枝晶生长和持续副反应[[1], [2], [3]]，这些耦合过程共同导致电极-电解质界面失稳，严重制约水系锌电池的循环寿命。解决这种由水引发的不稳定性问题，需要开发与水环境具有本征相容性的稳定材料。在此背景下，矿物基材料因其化学稳定性、晶体框架结构及丰富的表面官能团等特性，能够天然适应富水电化学体系，正受到越来越多的关注。
当作为锌阳极保护涂层应用时，矿物基材料在调控锌沉积与剥离过程中的界面行为方面展现出卓越能力。已有研究报道多种矿物衍生涂层（包括金属氧化物、金属硫化物和金属硅酸盐）能够引导均匀的锌2+成核并抑制界面副反应。例如，由TiNxOy[4]或CuO[5]等材料构成的矿物涂层能够物理隔离锌金属与游离水分子，从而抑制析氢、腐蚀及副产物积累。含有丰富羟基或羧基官能团的矿物涂层（以海藻酸钙[6]为例）还被证实可与Zn2+通过氢键作用构建的溶剂化环境促进了去溶剂化过程，并稳定了界面反应动力学。矿物涂层结合物理屏蔽与化学调控的双重机制，形成多功能界面层，在水系条件下显著提升了锌阳极的稳定性。
除了电极表面工程外，矿物基材料还作为功能性矿物组分被引入水系电解质中，以调控溶液化学性质和界面行为。在传统的ZnSO4基电解质中，Zn2+与水分子间的强配位作用会加速电极-电解质界面的副反应[[7], [8], [9]]。研究表明，矿物物种的引入可改变离子环境，重构Zn2+溶剂化结构，并调控局部水活性。例如，基于矿物启发的电解液体系（如高岭土[10]）可在循环过程中吸附于锌表面，提供异质成核位点并调控锌2+界面处的离子通量。此外，矿物参与的电解液调控机制已被证实可促进原位通过调控溶液化学与界面演化的协同作用，矿物基电解质体系作为活性稳定介质，能够形成保护性界面相、稳定局部pH环境，并抑制电极材料的结构退化与溶解[[10], [11], [12]]。该体系通过促进电极反应均匀化和抑制长期循环中水分子驱动的降解行为，实现电化学性能的持续稳定。
尽管矿物基材料在稳定水系锌金属电池中的重要性已得到证实，但现有研究分散于不同的材料体系和应用场景之中。这种碎片化现象阻碍了人们对矿物作为一类统一的稳定介质在富水电化学环境中作用机制形成系统性认知。因此，建立以机理为导向的系统性综述，对于阐明矿物的本征作用以指导先进水系锌电池的理性设计至关重要。本综述为水系锌金属电池中的矿物基策略提供了全面且结构化的概述。首先按矿物类型和制备方法对锌负极矿物涂层进行系统归纳，继而从机理层面探讨其对枝晶抑制和负极副反应缓解的作用。矿物改性电解质体系（包括固液混合型与矿物增强凝胶系统）的研发进展被进一步分析，重点探讨了其在拓宽电化学稳定窗口、降低水活性、重构溶剂化结构、提升迁移数、调控离子通量、实现原位SEI膜形成以及改善界面相容性与结构稳定性等方面的作用。最后，本文展望了矿物材料作为水系锌金属电池（ZMBs）涂层与电解质的未来发展路径，旨在跨链桥接基础认知与实际器件级应用之间的鸿沟。
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