Application achievement

　　文章速览

　　【研究背景】

　　与锂、钠和钾等碱金属相比，锌金属具有较低的价格、较高的地壳丰度、较高的水环境稳定性以及较低的氧化还原电位(−0.76 V vs标准氢电极）和高比容量（5855 mAh-cm−3).所有这些优点共同使得水性锌离子电池（AZIB）被视为商业化最具吸引力的候选产品之一，相关研究也逐渐成为新能源领域的热点。不幸的是，枝晶生长和副反应这一棘手的问题将无法解决镀锌/剥锌过程中严重损坏阳极-电解液界面过程中，导致不可控的锌沉积，这都成为了阻碍水系锌离子电池商业化的重大难题，如何解决这些问题成为了当前研究的重中之重。

　　【文章简介】

　　近日，来自深圳大学的张培新教授团队，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“A New Insight into Ultrastable Zn Metal Batteries Enabled by In Situ Built Multifunctional Metallic Interphase‘’的研究文章，提出了一种通过电解液添加在负极表面原位构建一层金属界面相的锌负极改性方法，形成的铟金属界面相不仅能够抑制枝晶生长，诱导锌均匀沉积，同时还能抑制副反应的发生，从而达到保持锌离子电池超稳定循环的目，为锌负极保护研究提供了新的思路。

　　图1：原位构建多功能金属界面相的示意图。

　　【本文要点】

　　要点一：原位构建的铟金属界面相增强锌负极抗腐蚀和抑制枝晶功能的表征

　　通过简单的电解液添加的方法原位构建多功能金属界面相。相比于锌金属，铟具有更高的还原电位（-0.338V vs标准氢电极），因此，在电池静置过程中，铟离子能够在溶液中与锌金属自发地进行置换反应，从而在锌金属表面形成一层铟金属镀层。通过SEM、EDS、XRD、DFT计算等证明铟金属界面相对副产物生成的抑制以及对调节Zn（002）面优先沉积的作用，通过测量循环后电池厚度来证明界面相抑制析氢的作用。

　　图2：原位构建的铟金属界面相对抗腐蚀性能的表征。

　　图3：原位构建多功能金属界面相对副产物生成和枝晶生长的抑制作用的表征。

　　要点二：锌沉积模式的原位/非原位观察

　　通过原位光学显微镜在线监测锌负极在沉积过程中锌的生长情况，可以发现在未改性的锌箔表面，锌沉积呈现一种无序的状态，锌倾向于在不均匀分布的成核位点上持续生长，最终形成枝晶，而改性后的锌负极表面锌沉积是均匀而平整的。通过非原位的SEM表征在微观层面上也能观察到类似的沉积模式。

　　图4：锌沉积过程的原位／非原位观察。

　　要点三：锌负极稳定性和全电池电化学性能

　　图5.对称电池测试表征锌负极稳定性。

　　图6.Zn-V2O5全电池电化学性能。

　　要点四：总结

　　本文通过简单的电解液添加的方法原位构建了多功能的铟金属负极—电解液界面相，这种坚固的界面相表现出良好的环境稳定性，通过隔离锌负极和水系电解液，可以有效抑制析氢和腐蚀的副反应。此外，由于锌原子与In(002)平面之间存在较强的电子相互作用，Zn(002)与In(002)平面之间存在较低的失配，锌沉积更倾向于沿着光滑的Zn（002）面生长。结果表明，通过电解液添加剂改性可以获得超稳定的锌负极，并提高Zn-V2O5全电池的电化学性能。

　　【文章链接】

　　A New Insight into Ultrastable Zn Metal Batteries Enabled by In Situ Built Multifunctional Metallic Interphase

　　https://doi.org/10.1002/adfm.202109749.

　　【通讯作者简介】

　　张培新，深圳大学化学与环境工程学院二级教授，先后主持国家自然科学基金、国家重点研发计划项目子课题、广东省自然科学基金等40多项课题。获省级科学技术奖二等奖4项、三等奖3项，获国家发明专利授权16件，出版专著2部，发表论文320多篇，其中包括Chem.Soc.Rev.,Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Mater.,Adv.Energy Mater.,Adv.Funct.Mater.,Nano Energy等国际著名期刊。