近日，星空在线,星空在线(中国)先进材料与能源器件团队在水系锌离子电池研究方面取得新进展。相关工作“Inhibiting zinc dendrites and side reactions enabled by solvation structure regulation and facile de-solvation process”和“Constructing amphipathic molecular layer to assists de-solvation process for dendrite-free Zn anode”发表在国际著名储能期刊Energy Storage Materials（DOI：10.1016/j.ensm.2023.102997）和界面工程期刊Journal of Colloid and Interface Science（DOI：10.1016/j.jcis.2023.09.151）上，硕士生李逸峰、乔世哲分别为论文第一作者，张文明教授和朱前程博士为共同通讯作者。
可充电水溶液锌离子电池具有低成本、高安全性等优点，作为下一代储能设备具有广阔的应用前景。然而，锌枝晶生长和不良副反应导致锌负极的可逆性较差。锌沉积大致经历三个步骤：锌离子溶剂化、锌离子去溶剂化和锌离子沉积为锌原子进入锌金属晶体。其中，去溶剂化过程需要克服很强的能量壁垒，这一过程也是导致水分解、副产物甚至锌枝晶产生的根源。作者从最根本的去溶剂化过程出发，设计了系列电解液添加剂，通过引入TEG分子作为添加剂，占据溶剂化壳中水分子的位置来调节溶剂化结构，进一步降低去溶剂能垒，从而有助于溶剂化水分子的解离，以及抑制水的分解和相关的副产物。得益于上述效果对Zn2+的溶剂化结构调节和脱溶剂化过程的有利影响，Zn/Zn对称电池在电流密度和容量分别为1mA cm-2和1 mAh cm-2时可达到2000小时的长循环寿命，而MnO2-Zn全电池在电流密度为1000 mA g-1时可达到3000次循环的优异稳定性。此外，作者通过在锌表面构建了一层两亲性分子层(聚丙烯酸，命名为PAA)，干预脱溶剂过程来抑制副反应和锌枝晶。研究发现，聚丙烯酸中富含羟基的基团具有很强的亲水性，而另一侧的烃基几乎是疏水的；锌表面的两亲性PAA分子层导致较低的脱溶剂能势，从而抑制了水的分解和相关的副反应。
以上工作得到了河北省自然科学基金、河北省留学回国人员资助和河北大学高层次人才引进项目的支持。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829723003756
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979723018490
