吴明在教授课题组研发稳定的锌阳极

本网讯（材料科学与工程学院）由于具有高理论容量和环境友好等优点，水系锌离子电池在储能领域中被视为极具前景的绿色能源器件。但Zn²⁺沿阳极表面进行2D扩散时，会形成不规则的锌枝晶，锌枝晶的穿透能力强，易刺破隔膜而导致电池短路。此外，在水系电解液中锌离子很容易与水配位，导致锌箔附近有许多活性水分子，易发生析氢反应形成H₂和OH^-，H₂可能引起电池膨胀鼓包甚至开裂，OH^-会和电解液中的SO₄^2-发生络合反应形成副产物Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O。这些问题导致锌的电镀/剥离库仑效率(CE)变低。

基于此，我校材料科学与工程学院吴明在教授团队提出了在锌片表面制备一种由无机纳米层（TiO₂）和有机分子层(SA)共同组成的多功能筛（Zn@SA@TiO₂-MS）以调控Zn²⁺、H₂O和OH^-动力学特性获得稳定的锌阳极。实验和理论模拟证实，该多功能筛能够加速Zn²⁺的传输和沉积动力学，改善锌阳极表面电场分布，阻碍活性H₂O与Zn阳极直接接触以及将OH^-束缚在无机纳米层和有机分子层之间；从而抑制Zn枝晶的生长，减弱析氢反应，缓解锌阳极腐蚀。结果显示，在锌片表面引入无机纳米层和有机分子层组成的多功能筛（Zn@SA@TiO₂-MS）能够有效地提高锌阳极的循环寿命及库伦效率。

图1.Zn@SA和Zn@SA@TiO₂-MS的调节能力示意图

相关研究成果以“Shooting Three Birds with One Stone: the Regulation of Zn²⁺,H₂O and OH^- Kinetics for Stable Zn-Metal Anodes with a Multifunctional Sieve ”为题发表在材料学科顶级期刊《Advanced Functional Materials》(doi:10.1002/adfm.202301912)上。安徽大学材料科学与工程学院硕士生张辉为第一作者，吴明在教授、蒋童童副教授为通讯作者，安徽大学为第一通讯单位。