【儀表網 研發快訊】近日，大連化物所能源催化轉化全國重點實驗室動力電池與系統研究中心(DNL2900組群)陳忠偉院士、竇浩楨研究員團隊在水系鋅離子電池研究領域取得新進展。團隊提出了一種基于π電子離域的添加劑分子篩選策略，解析了添加劑分子結構和界面功能的構-效關系，通過微量功能化有機分子的界面自組裝行為，在鋅負極表面構筑柔性有機親疏水平衡界面層(HHIL)，有效提升鋅負極的界面穩定性與電化學可逆性，為構建高性能水系電池提供了新方案。
水系鋅離子電池因其高安全性、低成本和環境友好等優勢，被認為是新一代大規模儲能領域的重要候選技術之一。然而，鋅負極在高倍率、長循環等實際應用條件下，面臨析氫副反應、鋅枝晶生長等界面問題。
在本工作中，研究團隊篩選出具有剛性準平面結構、強π電子離域能力、高正靜電勢的N-羥基鄰苯二甲酰亞胺作為功能性電解質添加劑，利用π-π和離子-偶極相互作用在鋅負極表面原位自組裝形成HHIL，所構建的HHIL在循環過程中可誘導形成富含ZnS和ZnF2的無機內層，實現柔性分子自組裝層-剛性無機內層協同，有效提升Zn2+的沉積可控性，抑制副反應和枝晶生長。
團隊利用該體系所構建的Zn//Zn對稱電池在大電流密度(20 mA cm-2、10 mAh cm-2)下穩定循環超過900小時；Zn//NVO全電池在10 A g-1下可實現超25,000圈循環，容量保持率達85%。此外，該體系在軟包電池中也展現出出色的倍率性能和良好的實用性。
該工作建立了從分子結構調控-界面構建-電池性能提升的全鏈路機制，為水系鋅離子電池的添加劑分子設計與界面調控提供了理論指導和實驗驗證，有望推動其在高能長壽命儲能電池領域的應用進程。
相關研究成果以“Engineering Robust Hydrophilic–Hydrophobic Interface via π-Electron Delocalization for Ultralong-Lived Zinc-Ion Batteries”為題，于近日發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所DNL2900組群聯合培養碩士研究生桑玉東。該工作得到中國科學院B類先導專項“能源電催化的動態解析與智能設計”、榆林中科潔凈能源創新研究院能源革命科技專項等項目的資助。(文/圖 桑玉東)
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