水系锌基储能设备因其具有高能量密度、低成本、安全无毒的特点受到人们的广泛关注。其中锌负极作为其核心，有着较高的电极电位（标准电极电位为-0.76 V）和较高的比容量（820 mAh g^-1）的优势，然而锌负极的循环稳定性较差，利用率低，反应动力学迟缓，而且存在严重的枝晶问题以及副反应问题。这使得锌负极的循环寿命较短，难以支撑高倍率及高深度放电，制约了锌基储能的发展。

近日，某研究团队针对上述问题提出了电容性的载流子富集的策略，采用简单的方式在锌负极表面构筑了碳纳米管保护层（CNTguard-Zn），利用具有电容特征的CNTs实现了载流子（锌离子、电子）的富集，大幅度提高了锌离子传质过程中的动力学，从而实现了超高倍率下稳定的锌沉积/溶解。CNTguard-Zn可以支撑高达97%DOD的放电深度以及50 mA cm^-2超高电流密度下1000次的稳定循环。进一步结合DFT计算结果，研究人员揭示了界面锌沉积行为的内在原因：锌离子在CNTs-Zn亲锌界面上的稳定吸附。最后，基于该策略组装的锌离子混合电容器在50 mA cm^-2下实现了10000次稳定循环（92%容量保持率），这项工作为推动高性能水性锌基储能的发展提供了一条可行的途径。

对称电池测试表明，在2 mA cm^-2，1 mAh cm^-2条件下，CNTguard-Zn可以稳定循环超过1800 h，同时可以支撑高达97%的可逆放电深度，然而裸锌负极最高只能支撑70%的可逆放电深度。半电池测试表明，CNTguard-Zn有着高达99.4%的库伦效率。这表明CNTs界面层可以有效提高锌负极的循环可逆性以及循环寿命。基于这样优异的性能，CNTguard-Zn可以支撑超高倍率50 mA cm^-2，大面容量10 mAh cm^-2下1000次的稳定循环。与目前报道的基于界面策略、电极结构策略以及电解质策略的锌负极相比，该工作也处于领先地位。

循环后的SEM照片表明，裸锌负极在循环后表面有着明显的枝晶突起及不平整表面（高粗糙度），而CNTguard-Zn在循环后表面则十分均匀且平整（低粗糙度），且表面被尺寸较小的类六边形锌晶平坦覆盖。截面SEM图进一步证明了这种在CNTs保护层下的无枝晶沉积结果，TEM表征以及选区电子衍射也表明了这类织构具有（002）晶面取向的特征。进一步地，研究人员采用飞行时间二次离子质谱仪（ToF-SIMS）对其循环后的界面结构进行分析，证明了锌在CNTs-Zn界面的沉积行为。

研究人员对CNTs-Zn界面的电化学过程进行表征，发现CNTs保护层可以有效降低反应能垒，促进锌沉积反应的进行。同时在阻抗谱中，CNTguard-Zn在高频区域出现了额外的“半圆”，这通常被认为是一个界面过程的特征。结合CNTs的电容特征，研究人员认为这是一个锌离子在CNTs上的非法拉第过程，即在锌沉积之前，锌离子先在CNTs保护层上像电容一样“充电”，形成双电层继而使得载流子得以富集。此外，CNTs界面层改变了锌离子的扩散行为，从二维模式变为三维扩散模式，且CNTguard-Zn的形核过电势也被降低了。

该研究为支持大容量、高倍率充放电的先进锌负极提供了解决途径以及机理分析，对金属负极的设计具有启发意义。