化学与材料科学学院张宁教授课题组研究成果连续在化学国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》发表

近期，化学与材料科学学院张宁教授课题组在可充水系锌电池研究方向取得系列重要进展，相关研究成果以河北大学为第一单位连续发表在化学国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》。

（1）原位集成疏水且快锌离子导体型无机SEI助力长寿命金属锌负极

       发展高效、安全、可持续的先进电池技术是应对全球能源与环境危机的有效途径。基于金属锌负极的水系可充锌电池具有全性高、资源丰富、无毒环保等优点，在大规模储能领域中展示出了重要应用前景。然而，金属锌负极在水系电解液中存在锌枝晶生长和由水引发的界面副反应的问题，限制了可充水系锌电池的实际应用。传统解决策略是在锌负极表面构建人工固体电解质界相（SEI）膜。然而，所报道的无机SEI一般具有很强的亲水性，这种情况下，水分子会从SEI膜的缝隙间穿过并到达锌负极表面，进而会诱导析氢、腐蚀等发生。本工作中，张宁课题组开发了一种快速室温湿法化学策略，在10 min内可在锌负极表面原位集成一种疏水、致密且快锌离子导体型无机SEI膜，既解决了锌枝晶生长的问题又抑制了水的侵蚀。这种疏水无机SEI膜使锌负极实现了超长的使用寿命，达5800 h (＞8个月)，是裸锌负极的近43倍。相关研究成果以“In-Situ Integration of a Hydrophobic and Fast-Zn2+-Conductive Inorganic Interphase to Stabilize Zn Metal Anodes”为题目发表在Angewandte Chemie International Edition（2023, DOI: 10.1002/anie.202304444），张宁教授和北京科技大学刘永畅教授为本论文通讯作者，我校硕士研究生刘孟玉和袁文涛为本论文共同第一作者。

（2）晶面择优取向金属锌的可控电沉积制备及水系锌电池应用

除了上述锌负极界面化学调控策略外，张宁课题组近期还发展了一种“锌负极晶面取向调控”的有效策略来提升电极稳定性。首次发现了电沉积电流密度可以改变金属锌的晶体学结构，在80 mA cm^-2大电流密度条件下，实现了具有(002)晶面择优取向金属锌（Zn(002)）的可控电沉积制备。这种Zn(002)负极远优于传统101晶面取向锌负极，能从本征上抑制锌枝晶生长和析氢副反应，显著延长了锌负极的使用寿命。此外，基于Zn(002)负极构建的可充水系锌全电池器件也展示出良好的电化学性能，显示了重要应用前景。相关研究成果以“Realizing Textured Zinc Metal Anodes through Regulating Electrodeposition Current for Aqueous Zinc Batteries”为题目发表在Angewandte Chemie International Edition（2023，62，e202218386），并入选了VIP论文，我校硕士研究生袁文涛为本论文第一作者，张宁教授为唯一通讯作者。

以上研究工作得到了国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程、河北省杰出青年科学基金和河北大学生命科学与绿色发展研究院等经费的资助。

论文链接

[1] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202304444

[2] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202218386