近日，化学与材料科学学院张宁教授课题组在可充水系锌电池领域取得重要进展，相关工作“Organic Cations Texture Zinc Metal Anodes for Deep Cycling Aqueous Zinc Batteries”以河北大学为唯一通讯单位发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》(2024, 202408287, IF = 27.4)。篮球比分博士生马国强和袁文涛为论文共同第一作者，张宁教授为唯一通讯作者。
可充水系锌电池安全性高、资源丰富、环境友好，在大规模储能领域中具有广阔的应用前景。然而，传统锌负极以(101)晶面织构为主，存在枝晶生长、氢析出、腐蚀等问题，可逆性低，严重阻碍了水系锌电池的商业化。作为一种六方密堆积结构金属，锌(002)晶面具有最低的表面能和最高的析氢能垒，能够有效抑制电极界面副反应。因此，探索调控锌负极晶面织构的有效方法，实现新型(002)织构金属锌的可控制备，对于构筑高性能水系锌电池具有重要意义。
本工作中，张宁教授课题组提出了一种“有机阳离子织构金属锌负极的策略”，通过在水系电解液中引入有机阳离子添加剂来调控锌沉积取向，实现了高度(002)织构金属锌（简写为(002)-Zn）的可控电沉积制备。该策略具有一定普适性，适用于多种有机阳离子添加剂，包括：1-丁基-3-甲基咪唑鎓阳离子Bmim+，1-丙基-3-甲基咪唑鎓阳离子Pmim+，以及1-乙基-3-甲基咪唑鎓阳离子Emim+。结合实验表征和理论计算，揭示了有机阳离子添加剂在锌表面具有动态吸附效应，其既可以引导锌离子取向沉积，又可以抑制由水引发的界面副反应，在充放电过程中有效维持了(002)-Zn的晶面取向。所制备的(002)-Zn电极在含Bmim+的电解液中展示出了优异的电化学性能，在36.3%放电深度下，可稳定循环超1500 h，即使在72.6%高放电深度下，仍可循环超350 h，是商业化锌负极循环寿命的87.5倍。在此基础上，构建了基于(002)-Zn负极的高性能软包全电池器件，显示出了良好的应用前景。
2023年至今，张宁教授课题组在可充水系锌电池领域已经取得了系列重要成果，相关工作分别发表在国际权威学术期刊Angewandte Chemie-International Edition(2篇；2023, 62, e202218386和2023, 62, e202304444；IF = 16.1)，Advanced Functional Materials(2篇；2024, DOI: 10.1002/adfm.202406620和2024, 34, 2313358；IF = 18.5)，ACS Nano(2023, 17, 23861-23871；IF = 15.8)，Energy Storage Materials(2023, 54, 276-283；IF = 18.9)。以上工作得到了河北大学生命科学与绿色发展研究院、中国科协青年人才托举工程项目、国家自然科学基金面上项目等经费的资助和支持。
文章链接：
[1]https://doi.org/10.1002/adma.202408287
[2]https://doi.org/10.1002/anie.202218386
[3]https://doi.org/10.1002/anie.202304444
[4]https://doi.org/10.1002/adfm.202406620
[5]https://doi.org/10.1002/adfm.202313358
[6]https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08095
[7]https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.10.043
(化学与材料科学学院、科学与技术创新研究院 供稿)
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