我院张宁教授课题组在《Advanced Materials》发表可充水系锌电池领域重要进展

近日，我院张宁教授课题组在可充水系锌电池领域取得重要进展，相关工作“Organic Cations Texture Zinc Metal Anodes for Deep Cycling Aqueous Zinc Batteries”以bat365中文官方网站为唯一通讯单位发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》 (2024, 202408287, IF = 27.4)。我校博士生马国强和袁文涛为论文共同第一作者，张宁教授为唯一通讯作者。

充水系锌电池安全性高、资源丰富、环境友好，在大规模储能领域中具有重要应用前景。然而，传统锌负极以(101)晶面织构为主，存在枝晶生长、氢析出、腐蚀等问题，可逆性低，严重阻碍了水系锌电池的商业化。作为一种六方密堆积结构金属，锌(002)晶面具有最低的表面能和最高的析氢能垒，能够有效抑制电极界面副反应。因此，探索调控锌负极晶面织构的有效方法，实现新型(002)织构金属锌的可控制备，对于构筑高性能水系锌电池具有重要意义。

本工作中，张宁教授课题组提出了一种“有机阳离子织构金属锌负极策略”，通过在水系电解液中引入有机阳离子添加剂来调控锌沉积取向，实现了高度(002)织构金属锌（简写为(002)-Zn）的可控电沉积制备。该策略具有一定普适性，适用于多种有机阳离子添加剂，包括：1-丁基-3-甲基咪唑鎓阳离子Bmim⁺，1-丙基-3-甲基咪唑鎓阳离子Pmim⁺，以及1-乙基-3-甲基咪唑鎓阳离子Emim⁺。结合实验表征和理论计算，揭示了机阳离子添加剂在锌表面具有动态吸附效应，其既可以引导锌离子取向沉积，又可以抑制由水引发的界面副反应，在充放电过程中有效维持了(002)-Zn的晶面取向。所制备的(002)-Zn电极在含Bmim⁺电解液中展示出优异的电化学性能，在36.3%放电深度下，可稳定循环超1500 h，即使在72.6%高放电深度下，仍可循环超350 h，是商业化锌负极循环寿命的87.5倍。在此基础上，构建了基于(002)-Zn负极的高性能软包全电池器件，显示出了良好的应用前景。

2023年至今，张宁教授课题组在可充水系锌电池领域已经取得了系列重要成果，相关工作分别发表在国际权威学术期刊Angewandte Chemie International Edition (2篇；2023, 62, e202218386和2023, 62, e202304444；IF = 16.1)，Advanced Functional Materials (3篇；2024, DOI: 10.1002/adfm.202406620；2024, 34, 2313358和2024, 34, 2308508；IF = 18.5)，ACS Nano (2023, 17, 23861-23871；IF = 15.8)，Advanced Energy Materials (2023, 13, 2204358；IF = 24.4)，Energy Storage Materials (2023, 54, 276-283；IF = 18.9)，Journal of Energy Chemistry (2023, 83, 324-332；IF = 14.0)。以上工作得到了bat365中文官方网站生命科学与绿色发展研究院、中国科协青年人才托举工程项目、国家自然科学基金面上项目等经费的资助和支持。

文章链接：

[1] https://doi.org/10.1002/adma.202408287

[2] https://doi.org/10.1002/anie.202218386

[3] https://doi.org/10.1002/anie.202304444

[4] https://doi.org/10.1002/adfm.202406620

[5] https://doi.org/10.1002/adfm.202313358

[6] https://doi.org/10.1002/adfm.202308508

[7] https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08095

[8] https://doi.org/10.1002/aenm.202204358

[9] https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.10.043

[10] https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.04.017