【東大新聞網(wǎng)3月3日電】（通訊員 李鈺瑩）近日，東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院郭新立教授團(tuán)隊(duì)及合作者在通過介電效應(yīng)構(gòu)建自調(diào)節(jié)型雙電層實(shí)現(xiàn)快充鋅負(fù)極方面取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)研究成果“Constructing Autoregulative Electric Double Layer Through Dielectric Effect Toward Fast Charging Zinc Metal Anode”（《利用介電效應(yīng)構(gòu)建自調(diào)節(jié)型鋅負(fù)極界面雙電層以實(shí)現(xiàn)水系電池超快充性能》）以東南大學(xué)作為第一單位發(fā)表于能源材料領(lǐng)域國際權(quán)威期刊Advanced Energy Materials。

水系鋅離子電池（AZIBs）在儲(chǔ)能領(lǐng)域備受關(guān)注，但是鋅負(fù)極表面的鋅枝晶生長(zhǎng)、無可避免的產(chǎn)生析氫（HER）、腐蝕等問題，導(dǎo)致電池性能不理想。雙電層（EDL）是鋅離子溶劑化/去溶劑化過程以及Zn/Zn²⁺氧化還原反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所，因此鋅的沉積/析出行為以及副反應(yīng)在很大程度上由EDL結(jié)構(gòu)決定?；谏鲜龇治?，通過合理調(diào)控EDL結(jié)構(gòu)是解決鋅負(fù)極所面臨問題的關(guān)鍵。在鋅負(fù)極上構(gòu)建人工固體電解質(zhì)界面（SEI）是調(diào)控EDL結(jié)構(gòu)的有效策略。然而，EDL結(jié)構(gòu)與鋅負(fù)極性能之間的關(guān)系鮮有報(bào)道，EDL結(jié)構(gòu)對(duì)鋅離子沉積/析出的影響通常被忽視。

在此，該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種鈣鈦礦型介電材料ZnTiO₃（ZTO）層，并將其作為鋅負(fù)極保護(hù)層，以實(shí)現(xiàn)具有自調(diào)節(jié)功能的EDL，從而提高鋅負(fù)極的快速充放電能力。ZTO保護(hù)層能夠在外加電壓作用下自發(fā)產(chǎn)生表面電荷，進(jìn)而調(diào)控EDL結(jié)構(gòu)。通過對(duì)EDL的自調(diào)節(jié)，在鋅沉積/析出電位下，EDL電容分別呈現(xiàn)增加或減少的趨勢(shì)，從而促進(jìn)了鋅離子的溶劑化/去溶劑化過程，實(shí)現(xiàn)了快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。同時(shí)，自調(diào)節(jié)的EDL結(jié)構(gòu)提供了貧水環(huán)境以及均勻電場(chǎng)能夠有效抑制副產(chǎn)物和鋅枝晶的產(chǎn)生。所組裝的ZTO@Zn//AC混合電容器也展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能，扣式和軟包ZTO@Zn//AC混合電容器在5Ag^-1的電流密度下分別實(shí)現(xiàn)了140000次和15000次的循環(huán)壽命。

論文第一作者為東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生李鈺瑩，通訊作者為東南大學(xué)郭新立教授、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陳忠偉院士和羅丹研究員，東南大學(xué)為第一通訊單位。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202405804

供稿：材料科學(xué)與工程學(xué)院

（責(zé)任編輯：翟夢(mèng)杰 審核：李小男）