锂离子电池在过去几十年中取得了令人瞩目的成功，但资源稀缺、价格高、安全风险等严重问题极大地限制了其未来的应用。可充电水性锌离子电池作为一种有前途的可靠替代品，具有安全性高、自然资源丰富、理论容量高（820 mAh g−1)。然而，Zn阳极的电镀/剥离可逆性差，枝晶生长臭名昭著，导致循环稳定性不理想。此外，锌阳极还面临水性电解质中的副反应和腐蚀问题。这些问题会大大降低库仑效率（CE）和容量，并且容易形成尖锐的枝晶并导致电池故障。因此，实现无枝晶且耐腐蚀的阳极是锌离子电池走向实用的关键。
该工作利用简单的压印技术制备了导电性和亲水性梯度分布的锌负极，锌负极中微孔道的上表面是一层绝缘疏水性的PVDF，底部是一层导电亲水性的Sn，梯度导电性诱导电场、锌离子流和局部电流密度从低端向上呈梯度分布，使得锌金属实现从下而上均匀沉积。
梯度设计不仅有效地抑制了电解质与锌阳极之间的副反应，而且协同优化了电场分布、锌离子通量和局部电流密度，使锌优先沉积在微通道底部，即使在高电流密度/容量下也能抑制枝晶生长。压印梯度锌负极可以在10 mA cm-2/10 mAh cm-2的高电流密度/容量下稳定工作超过200 h，这与无梯度的3D Zn负极和纯锌箔相比极具优势。
在电流密度/容量为1 mA cm−2/1 mAh cm−2的条件下，PVDF-Sn@Zn//PVDF-Sn@Zn电池具有较小的滞回电压(前600个周期小于15 mV)且稳定运行超过1200 h。而Zn箔//Zn箔、PVDF@Zn//PVDF@Zn和Sn@Zn//Sn@Zn的电池分别在92、294和445 h后发生短路。PVDF-Sn@Zn//PVDF-Sn@Zn可在5mA cm−2/5mAh cm−2的高电流密度/容量下稳定循环500 h。在10mA cm−2/10mAh cm−2的更高电流密度/容量下，PVDF-Sn@Zn//PVDF-Sn@Zn电池仍然稳定工作超过200 h。PVDF-Sn@Zn//PVDF-Sn@Zn电池在0.5至10 mA cm−2的宽电流密度范围内也具有优异的倍率性能。PVDF-Sn@Zn梯度电极的循环性能优于其他三种对照样品，原因在于通过梯度设计优化了电流密度和Zn2+离子浓度分布。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36386-3
（李思洋）
