研究背景:
不可再生能源的过度消耗已引发严峻的环境问题，发展高效、安全的储能技术迫在眉睫。水系锌离子电池（AZIBs）凭借本征安全、成本低廉和环境友好等优势，成为电网级储能的理想选择。然而，AZIBs仍面临多重挑战：锌负极侧不均匀沉积易引发枝晶生长，导致短路和寿命衰减，析氢反应则带来产气、容量损失及电池鼓包风险；正极侧锰基材料易溶解，钒基材料Zn2+扩散动力学迟缓，副产物沉积进一步阻碍离子传输。这些问题的根源在于电池体系涉及复杂的固-液界面反应与多物理场耦合，其真实动力学机制难以直接解析。向自然寻找答案——自然界生物历经亿万年进化，形成了高效精妙的结构与功能，仿生策略为破解AZIBs瓶颈提供了全新思路：模仿叶片脉络构建三维多孔负极以实现均匀沉积，借鉴皮肤自愈机制开发可修复裂纹的正极材料。尽管仿生策略在储能领域备受关注，目前仍缺乏对AZIBs仿生设计的系统梳理。本工作从仿生设计基础原理出发，系统分析其在提升能量密度、循环寿命与可持续性方面的独特优势，并展望仿生原理与电化学的深度融合，为推动下一代高性能、可持续储能器件提供新思路。
图文摘要
成果简介：
华北电力大学吕玮/徐超&中南大学雷永鹏在Advanced Powder Materials期刊发表题为“Biomimetic electrochemistry: A systematic framework for advancing aqueous Zn-ion batteries”的综述文章。该综述首次系统性地构建了AZIBs仿生设计的研究框架，从仿生设计的本源概念与原理出发，系统解析了仿生策略在调控锌负极沉积行为、抑制析氢副反应、优化正极离子传输通道以及设计功能性电解质体系中的独特作用机制。在此基础上，该综述重点梳理了包括仿生三维多孔骨架、仿生自修复界面、仿生离子选择性通道及仿生冷适应保护层等前沿研究方向的最新进展。最后，本文凝练了仿生AZIBs当前面临的共性挑战，包括仿生结构的可控制备、多尺度协同效应解析及实际工况下的服役性能评估等，并展望了人工智能辅助仿生设计、跨尺度仿生耦合及生物灵感驱动的新型储能器件等未来发展方向。本综述旨在为AZIBs领域的仿生设计研究提供系统性参考，助力高性能、可持续水系锌电池开发。
图文解读：
图1. 电池设计中仿生策略时间线。
图2.稳定锌/电解质界面以实现均匀锌沉积的仿生策略。
图3. 仿生设计概念与原理示意图。
图4. 提升水系锌离子电池（AZIBs）性能的仿生策略。
图5. 界面调控与离子传输增强的仿生结构设计。
图6. 用于电化学调控的仿生多孔结构。
图7. 用于界面离子传输的仿生分子相互作用。
图8. 受冷适应启发的锌负极保护策略。
图9. 用于溶剂化调控、界面工程及分子剪裁的仿生电解液设计。
图10. 用于低温锌负极保护的仿生冷适应策略。
图11. 用于离子调控与锌负极稳定的仿生多糖框架。
图12. (a) 涉及 GG 与 M²⁺ 的双交联网络示意图，(b) BiOBr@BiOIO3上GG的电荷密度差图（蓝色：耗尽，黄色：积累），(c) 受贻贝启发的 MnO2正极表面 PDA 涂层用于提升 AZIB 性能的示意图。
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图13. 用于界面工程与锌沉积调控的多源仿生策略。
图14. 用于离子调控与锌负极稳定的仿生多糖框架。
图15. 用于人工界面与离子传输调控的仿生功能示意图。
图16. (a) 仿生设计策略及疏水正极薄膜形成过程的示意图，(b) 水系锌离子电池（AZIBs）全电池结构示意图，(c) 小分子有机正极的仿生设计示意图。
图17. 水系锌离子电池未来展望示意图。
文献链接：https://doi.org/10.1016/j.apmate.2026.100430
