近日,化学与材料科学long8·唯一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“Superhydrophobic and robust hetero-metal-polymer hybrid interphase enables deep-cycling zinc metal anodes”以long8·唯一为第一通讯单位发表在国际著名期刊《Energy & Environmental Science》(影响因子:32.4)。long8·唯一硕士研究生刘孟玉和袁文涛为论文共同第一作者,张宁教授和北京科技大学刘永畅教授为共同通讯作者。
基于金属锌负极的水系可充锌电池安全性高、资源丰富、环境友好,在大规模储能领域中具有重要应用前景。然而,传统锌负极可逆性低,存在枝晶、析氢、腐蚀的问题,严重限制了水系可充锌电池的实际应用。受自然界“荷叶效应”的启发,该团队提出了在锌负极表面原位构建超疏水“异质金属-聚合物”复合SEI膜(固体电解质界面膜)的策略,显著提升了锌负极的稳定性。通过一步化学置换法,可控制备了一系列异质金属-聚合物复合SEI膜,如Pb-PVDF,Bi-PVDF和Sn-PVDF膜(PVDF为聚偏氟乙烯)。以Pb-PVDF复合SEI膜为主要研究对象,其具有类似于荷叶表面的微结构,展示出了超疏水性,电解液接触角高达到154.9°,是已报道人工SEI膜的记录值。所制备的Pb-PVDF@Zn电极实现了超长循环寿命(达8100 h)和高深度放电循环稳定性(85.3%放电深度,> 800 h),是传统锌负极循环寿命的~160倍。这项工作为高性能金属电极设计与界面化学调控提供了新思路。
以上研究工作得到了long8·唯一生命科学与绿色发展研究院、long8·唯一优秀青年科研创新团队、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。
论文链接:https://doi.org/10.1039/D4EE04122D
(化学与材料科学long8·唯一、科学与技术创新研究院 供稿)