欧洲杯

近日，欧洲杯 新型电池物理与技术教育部重点实验室王义展教授课题组在水系锌离子电池研究方面取得新进展。研究成果以“Sustained Release of Underpotential Deposition Initiators for Ah-Level Zinc Metal Batteries”为题，发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

水系锌离子电池（AZIBs）因其固有的安全性、低成本以及锌的高理论容量，作为下一代储能技术受到广泛关注。然而，AZIBs的商业化仍面临一些关键挑战，尤其是锌枝晶的形成、析氢反应以及锌阳极的腐蚀。这些问题共同导致循环稳定性差、库仑效率有限，从而制约了AZIBs的实际应用。

目前，针对锌阳极稳定性的改性策略主要包括电解液添加剂调控以及合金化处理。然而，这些方法在长期运行中仍存在局限。一方面，电解液添加剂在短期内能够通过静电屏蔽、优先吸附和溶剂化结构调控等方式改善锌沉积均匀性，但随着循环进行，添加剂逐渐消耗，会导致电池性能下降，难以维持长周期的稳定性。另一方面，合金化策略虽可精确调控锌的成核与生长，并提高耐腐蚀性，但传统合金体系往往缺乏灵活性，对不同金属离子的调控效果存在局限，且难以同时兼顾成核均匀性和界面长期稳定性。因此，如何在长期循环条件下保持添加剂或金属调控效果，实现锌阳极的持续均匀沉积与耐腐蚀保护，仍是关键挑战。

Scheme 1. Schematic illustration of traditional electrolyte additive and on-demand release electrolyte additive.

为此，课题组提出了一种通过人工固体电解质界面层（SEI）持续释放欠电位沉积引发剂的策略，以实现锌阳极的长期稳定运行。该SEI由氢氧化镍和镍-2-甲基咪唑络合物组成，并通过离子层外延嵌入疏水性十二烷基膦酸（DPA）单层。当局部 pH 值因腐蚀升高时，Ni²⁺ 离子可按需释放，持续且受控地降低锌沉积的成核势垒。同时，疏水性 DPA 层有效限制水的直接接触，显著抑制副反应。基于该保护膜的电极在 50 mA cm⁻² 高电流密度下实现了 37,500 次稳定循环；Zn-I₂ 电池可在 45 mA cm⁻² 条件下实现 30,000 次循环且容量保持率达 100%。此外，1.5 Ah 软包电池展现了 13.8 mAh cm⁻² 的高面容量，并在 400 次循环后保持 83% 的容量。

论文第一作者为欧洲杯 凝聚态物理专业2024级博士研究生巴俊杰，通讯作者为欧洲杯 王义展教授，大湾区大学赵康宁助理教授，河海大学丁勇教授。该工作得到了国家自然科学基金面上项目的资助，吉林省自然科学基金和中央高校基本科研专项资金的大力支持。

论文全文链接：

//doi.org/10.1002/anie.202514181