我校化工与材料学院在锌电池界面稳定性调控领域取得重要进展

近日，我校化工与材料学院纳米材料与电化学技术团队在锌电池界面稳定性调控领域取得重要进展，相关研究成果以“Nucleophilic Substitution Enables Robust Fluorinated Interphase for Low N/P Ratio Zinc Battery”为题，发表在国际期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。天津科技大学为文章第一通讯作者单位，我校杨武海副教授、中国科学院青岛生物能源与过程研究所张舒博士和2024届博士研究生高健为该论文共同第一作者；我校杨武海副教授、高发明教授和上海交通大学的杨慧军副教授为共同通讯作者。

锌电池凭借其高理论容量、出色的安全性能和成本优势，在大规模储能、便携式电子设备等领域具有广阔应用前景。然而，电解质持续分解、锌枝晶无序生长以及“死锌”形成等问题，导致锌的可逆性差，严重阻碍了其应用。尤其在低N/P比和高面容量工况下，这些问题更为突出。因此，开发稳定的界面保护策略，成为锌电池实用化的关键。该研究提出了一种基于亲核取代反应的界面工程新策略，通过在电解液中引入乙醇，成功在锌阳极表面原位构建了稳定的氟化保护界面，显著提升了低N/P比锌电池的循环稳定性和锌利用率。

图1. 氟化界面筑牢防护屏障”，双向提升稳定性与可逆性

相较于传统策略，该策略促进了ZnF2富集界面形成并能有效抑制水分解析氢和副反应，实现均匀的锌沉积、高可逆性和高锌利用率。通过对比Cu/Zn不对称电池在不同电解质中的库仑效率测试结果，明确了乙醇添加对提升电化学性能的关键作用。对称Zn/Zn电池的电压曲线进一步证实，含60%乙醇的电解质具有更稳定的循环性能。

图2. 多维度优化界面性能，抑制副反应+提升沉积质量

通过恒电位间歇滴定技术、弛豫时间分布分析和气相色谱等手段，揭示了乙醇添加显著抑制氢析出反应，提升界面动力学性能。扫描电镜图像显示，含乙醇的电解质中锌沉积更平整致密，而死锌形成大幅减少。对称锌粉电池的循环性能也表明，含乙醇体系在极端条件下仍保持良好稳定性。

图3. 全电池性能与应用展示

基于Zn0.25V2O5正极的全电池测试表明，含乙醇电解质在低N/P比（<2:1）和高面容量（>2 mAh cm-2）条件下仍能实现长循环稳定性。软包电池在循环后厚度变化小，容量保持率高，展示了该电解质体系在实际应用中的潜力。与文献对比显示，该工作在面容量和锌利用率方面表现优异。

该研究得到了国家自然科学基金（22379112）和河北省自然科学基金（B2021203016）等项目的资助。在学校“3510”战略工程的牵引下，化工与材料学院扎实推进“科技攀登”行动计划落地见效，紧扣区域能源转型与产业升级核心需求，精准聚焦储能技术攻关，积极搭建高水平科研合作与学术交流平台，与国内外知名高校、行业领军企业及顶尖研究机构建立长期稳定的合作机制，汇聚全球创新资源，共研核心技术、共促学科进步。未来，学校将持续锚定能源领域战略方向，以学科建设为根基，以社会服务为使命，不断深化内涵建设与协同创新，为建设多科性特色化高水平研究型大学贡献力量。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202521414

编辑：田珺  张晓飞