本站訊 近日，中國海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在水系鋅電研究領(lǐng)域取得新進展，相關(guān)論文《親鋅活性位點調(diào)控微空間電場實現(xiàn)無枝晶鋅負極》(Atomic Zincophilic Sites Regulating Microspace Electric Fields for Dendrite-Free Zinc Anode)發(fā)表在國際頂尖期刊Advanced Materials（IF：29.4）。材料科學(xué)與工程學(xué)院2022級博士研究生范文杰為第一作者，吳敬一教授和王煥磊教授為共同通訊作者，中國海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為第一通訊單位。
得益于無毒、不易燃和低成本的水系電解液以及儲量豐富的鋅金屬負極，水系鋅離子電池被看作是鋰離子電池的絕佳替代品。然而，電極/電解液界面存在的固有不均勻性容易導(dǎo)致不均勻的電場分布和形核能壘，進而加劇枝晶生長和表面副反應(yīng)，降低了電池系統(tǒng)的庫倫效率和循環(huán)壽命，嚴重阻礙了水系鋅離子電池的規(guī)?；褂谩Ｒ虼?，通過調(diào)節(jié)微空間的電場分布來促進均勻的鋅金屬沉積對于構(gòu)建高性能鋅金屬負極是具有重要意義的。
基于此，研究團隊設(shè)計了負載金屬鈷單原子的碳納米片（CoSA/C）作為電解液添加劑，用于調(diào)節(jié)鋅-電解液界面的微空間電場。CoSA/C添加劑對鋅金屬具有較強的親和力，因此在鋅金屬沉積過程中可以優(yōu)先吸附在鋅表面。添加劑中原子分散地Co-N3活性位點具有良好的親鋅性和較強的電荷極化效應(yīng)，可以重新分配界面處的微空間電場和調(diào)節(jié)離子通量，從而誘導(dǎo)均勻的鋅沉積。值得注意的是，在沉積過程中吸附在鋅金屬表面的CoSA/C添加劑在電位反轉(zhuǎn)后可以重新分散到電解液中，從而實現(xiàn)了動態(tài)和可持續(xù)的調(diào)節(jié)過程。研究結(jié)果表明，即使在10mAcm-2的高電流密度下，使用CoSA/C添加劑的鋅金屬對稱電池可以穩(wěn)定循環(huán)超過1600h。此外，作為概念驗證，CoSA/C添加劑被進一步應(yīng)用在多種水系鋅基器件中，其帶來的良好的性能改善表現(xiàn)出實際應(yīng)用的潛力。本項工作為構(gòu)建高性能水系鋅電池提供了一種簡單而高效的策略，并且該設(shè)計概念在其他金屬電池中也具有潛在的應(yīng)用前景。
吳敬一教授主要從事新型復(fù)合材料的設(shè)計及其在下一代二次電池中的應(yīng)用，目前研究聚焦在水系鋅電池、鋰金屬電池、固態(tài)電池。自2022年以青年英才工程第一層次引進入材料學(xué)院以來，在國家自然科學(xué)基金青年基金、山東省泰山學(xué)者青年專家、中國海洋大學(xué)青年英才工程的資助下，已經(jīng)以中國海洋大學(xué)為第一單位在Advanced Materials (2022)、SusMat (2022)、Energy & Environmental Materials (2023)、Small Methods (2023)等高水平期刊上發(fā)表了一系列工作。本次在Advanced Materials上發(fā)表的研究成果是該研究團隊在國內(nèi)外科研合作和人才培養(yǎng)方面取得的又一重要進展。
通訊員：范文杰
編輯：王祥宇
責(zé)任編輯：趙奚赟
