貴大新聞網(wǎng)訊（材料與冶金學(xué)院）近日，我校黃俊特聘教授團隊在SCI一區(qū)Top期刊Chemical Engineering Journal（IF:13.3）上發(fā)表了一篇題為“Interfacial electric field defect repair engineering enable highly reversible Zn metal anodes”的論文。我校本科生吳萬鵬、碩士研究生楊宋為本文共同第一作者，通訊作者為貴州大學(xué)黃俊特聘教授。

近年來，鋰離子電池因其高穩(wěn)定性和高容量而被廣泛用于工業(yè)設(shè)備、交通和智能電子設(shè)備。鋰資源的天然稀缺性以及可燃性等問題促使研究人員探索用于大規(guī)模儲能的新型儲能技術(shù)。由于鋅的儲量豐富和高比容量（820 mAh g-1和5855 mAh cm-3），以及其環(huán)境相容性和安全性，水系鋅離子電池（AZIBs）備受關(guān)注。然而，水系鋅離子電池仍然面臨重大挑戰(zhàn)，包括過量的游離水產(chǎn)生的副反應(yīng)，非活性副產(chǎn)物在鋅金屬陽極表面積累，加劇了局部化學(xué)腐蝕、析氫和副產(chǎn)物形成等問題，導(dǎo)致庫侖效率降低和不可逆的鋅消耗。更嚴重的是Zn陽極上存在的固有缺陷始終導(dǎo)致電場不均勻進而導(dǎo)致鋅枝晶的生長會在重復(fù)的電化學(xué)循環(huán)過程中刺穿隔膜，導(dǎo)致不可逆的器件失效。上述問題主要歸因于水系鋅離子電池中鋅的不均勻沉積和活性水分子的分解，從而阻礙了高穩(wěn)定性的水系鋅離子電池的實際應(yīng)用。

鑒于此，我校黃俊特聘教授團隊報道了一種多功能磺化酞菁鈷電解液添加劑用于修復(fù)鋅陽極表面電場缺陷和優(yōu)化鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，將多功能磺化酞菁鈷（SCP）引入ZnSO4電解質(zhì)中，顯著促進鋅陽極的循環(huán)可逆性。SCP可以通過物理吸附填充鋅陽極表面的固有缺陷，實現(xiàn)修復(fù)鋅陽極表面電場的缺陷，并調(diào)整鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)，以減少循環(huán)過程中的副反應(yīng)。此外，對Zn具有強親和力的Co元素促進了Zn2+離子的定向沉積。這個過程實現(xiàn)了鋅的均勻沉積，有效地防止了枝晶生長刺穿隔膜。因此，含SCP的電解質(zhì)在1 mAh cm-2/1 mA cm-2下循環(huán)壽命高達2710小時，以及99.96%的高庫倫效率。在使用SCP/ZnSO4電解質(zhì)的Zn//MnO2全電池中，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（在5 A g-1電流密度下循環(huán)3000次后保持77.14%的容量）。這項研究為調(diào)節(jié)Zn陽極的界面電場缺陷提供了一種直接的解決方案，具有重要的實際應(yīng)用潛力。

該論文提出了一種多功能電解質(zhì)添加劑，通過界面電場缺陷修復(fù)工程有效抑制電極腐蝕、枝晶生長和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。在SCP/ZnSO4電解質(zhì)中，可視化了Zn沉積的演變，還詳細分析了Zn陽極在循環(huán)過程中的化學(xué)成分。根據(jù)理論計算和實驗結(jié)果，SCP中的磺酸基團填充了Zn陽極上的表面缺陷，產(chǎn)生了均勻的電場，同時還與Zn2+配位，促進了鋅脫溶劑化過程。同時，Co元素在引導(dǎo)Zn2+的均勻沉積中起著至關(guān)重要的作用，從而產(chǎn)生光滑平坦的Zn表面。因此，含有SCP添加劑的ZnSO4電解質(zhì)在Zn//Zn對稱電池穩(wěn)定循環(huán)超過2710小時。此外，使用這種電解質(zhì)的Zn//Cu不對稱電池實現(xiàn)了超過2000次循環(huán)，同時保持了99.96%的高度穩(wěn)定的庫倫效率。最后，Zn//MnO2全電池在5 A g-1的高電流密度下循環(huán)3000次，同時保留了其77.14%的初始容量。最后，本文章提出了一種用于電場缺陷修復(fù)工程的添加劑，以增強Zn陽極的可逆性，為改進高性能AZIBs提供了一種有前途的方法。

編輯：張蟬

責編：李旭鋒

編審：丁龍