我校本科生科创团队在水系锌离子电池领域取得重要进展

近日，资源与材料学院伊廷锋教授指导的本科生科创团队在水系锌离子电池领域取得重要进展，研究成果“Stabilizing zinc anode with multifunctional glycine copper additive(多功能甘氨酸铜添加剂稳定锌阳极)”发表于化学工程领域国际著名刊物Chemical Engineering Journal(中科院一区，影响因子13.2)。我校材料科学与工程专业2022级本科生陈浪为本文的第一作者，我校伊廷锋教授为论文通讯作者，东北大学秦皇岛分校为第一完成单位。

水系锌离子电池因其成本低、安全性高、环境友好，在储能领域极具潜力。然而，锌阳极的自腐蚀和枝晶生长问题严重阻碍其实际应用。因此，抑制锌枝晶生长、腐蚀和析氢副反应是推进水系锌离子电池商业应用的关键研究前沿。尽管传统的涂锌阳极表面涂层和电解质优化已被广泛用于建立稳定的电极/电解质界面，但目前的电解质添加剂设计策略往往不能同时解决这些问题。

基于此，作者团队创新性地将甘氨酸铜（CuGly）作为电解液添加剂用于实现水性锌离子电池的超长循环稳定性。实验结果表明，CuGly诱导了氢键网络的修饰，同时促进了Zn²⁺水化鞘层的重建，降低了溶剂分子的结合强度，降低了脱溶能垒，增强了Zn²⁺的扩散动力学，促进了Zn的均匀沉积，实现了无枝晶镀锌和剥离工艺。此外，反应过程中形成含CuZn₅的有机-无机复合保护层，进一步抑制副反应和锌枝晶的生长。因此，经CuGly改性后，ZSO-CuGly电池性能显著提升。Zn‖Zn对称电池在1 mA/cm²电流密度和1 mAh/cm²面积容量下，稳定循环时长高达2200小时；Zn‖Cu非对称电池400次循环的平均库仑效率达99.43%。Zn‖MnO₂全电池在2 A/g¹电流密度下经过1000次循环后，容量仍有109.2 mAh/g。此外，ZnSO₄-C-2电池表现出稳定的输出电压和出色的倍率性能，凸显了其实际应用的潜力。

本研究为通过多功能CuGly添加剂稳定锌阳极提供了有价值的见解，提出了一种利用经济高效的CuGly添加剂构建有机-无机复合保护层的方法，这种方法有效地解决了锌枝晶形成和大量副反应相关的挑战，进而促进了水系锌离子电池的实际应用。

锌沉积界面副反应的机理示意图

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