近日，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)部半導(dǎo)體材料與器件創(chuàng)新團隊在材料領(lǐng)域國際頂級期刊《Advanced Energy Materials》（影響因子24.4）上在線發(fā)表了題為“Constructing Compact Hybrid Buffer Interface via Ion Agglomeration Zone Electrolytes for Stable Zn Metal Battery”的研究論文。2022級碩士研究生陳燁菲和香港理工大學(xué)博士后何為東為共同第一作者，郝霄鵬教授為通訊作者，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）為唯一通訊單位。

水系鋅金屬電池因其高能量密度、低成本和安全性備受關(guān)注，但其壽命受限于弱酸性電解液中的析氫反應(yīng)、鋅枝晶生長和陰極開裂等問題。這些問題與電極/電解液界面區(qū)域的水分解、離子傳輸以及氫鍵重塑等過程密切相關(guān)。為此，郝霄鵬教授團隊開發(fā)了一種擴展尺度離子聚集域（EIAZ）電解液，成功構(gòu)建了穩(wěn)定的電極-電解液界面。

通過原位無損Raman光譜和理論模擬，研究團隊揭示了EIAZ電解液誘導(dǎo)的收斂致密化混合緩沖界面的形成機制。該界面能夠阻止H₂O與金屬電極的直接接觸，抑制界面水分解衍生的系列寄生反應(yīng)，并改善界面Zn²⁺的濃差極化。此外，EIAZ電解液還實現(xiàn)了鋅沉積的晶體學(xué)取向優(yōu)化，平衡了傳質(zhì)過程與金屬脫溶劑過程，從而顯著提高了金屬的循環(huán)穩(wěn)定性和沉積/脫出效率。

采用EIAZ電解液組裝的Zn||PANI全電池在10 A·g^-1的高電流密度下循環(huán)3000次后，容量保持率高達74%，庫侖效率接近100%。實用性軟包電池在250次循環(huán)后容量保持率更是達到了99.8%（26.1 mA·h）。這些結(jié)果表明，EIAZ電解液能夠有效抑制副反應(yīng)并維持電極結(jié)構(gòu)的完整性。該研究成果為高負(fù)載、高電流密度場景下的鋅電池規(guī)模化應(yīng)用提供了可靠的解決方案。

圖1 離子聚集域電解液調(diào)節(jié)金屬/電解液界面反應(yīng)選擇性，實現(xiàn)儲能器件性能提升

該研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省泰山學(xué)者工程和齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）科教產(chǎn)項目的支持。

論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202405738