近日，本课题组在水系储能领域取得重要研究进展，相关工作以题为“MultifunctionalInterface Layer Constructed by Trace Zwitterions for Highly Reversible ZincAnodes”的研究论文发表于顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上，博士研究生张习习和王成刚副教授为第一作者，徐锡金教授和黄金昭教授为通讯作者，济南大学为第一完成单位。

由于枝晶生长和电极/电解液界面处的副反应，锌（Zn）阳极的非均匀沉积/剥离严重限制了其循环寿命。研究人员在水系电解液中引入微量两性离子（三氟乙酸吡啶，TFAPD）以构建多功能界面，从而增强锌阳极的可逆性。具有强特异性吸附的TFA⁻阴离子附着在Zn表面层，重建内亥姆霍兹平面（IHP），以防止游离H₂O引起的析氢和腐蚀副反应。在Zn²⁺沉积过程中，Py⁺阳离子在电场的作用下聚集在锌阳极的外亥姆霍兹平面（OHP）上，形成屏蔽层，使Zn²⁺能够沉积均匀。此外，吸附的TFA⁻和Py⁺促进了Zn²⁺的去溶剂化过程，实现快速反应动力学。因此，Zn||Zn电池表现出超过10000小时的优异循环性能。即使在Zn利用率为85%的情况下，它也能在10 mAcm⁻²和10 mAhcm⁻²下稳定循环超过200小时。不仅如此，即使在30000次循环后，Zn||I₂全电池的容量保持率仍超过95%。值得注意的是，Zn||I2 软包电池 (95mAh) 在750次循环后仍能保持99%的高容量。

图1 水系锌金属电池中锌负极存在问题

图2 TFAPD作用机制研究

图3 锌表面沉积动力学表征

图4 锌负极沉积的形貌表征

图5 Zn||Zn对称电池的电化学性能

图6 Zn||I₂全电池的电化学性能

文章链接：MultifunctionalInterface Layer Constructed by Trace Zwitterions for Highly Reversible Zinc Anodes, Angewandte Chemie, 2024.https://doi.org/10.1002/anie.202411884