伊廷锋教授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团队在水系锌离子电池领域取得重要进展，研究成果“Molecular fence on the inner Helmholtz plane for highly reversible zinc metal anodes(内亥姆霍兹平面分子栅栏设计助力高可逆锌金属负极)”发表于中国科技期刊卓越行动计划高起点期刊eScience(中科院一区，影响因子52.9)。我校材料科学与工程专业2022级博士生李莹为本文的第一作者，我校伊廷锋教授、四川大学张千玉副教授和东南大学吴宇平教授为论文通讯作者，东北大学为第一完成单位。

水系锌离子电池（AZIBs）凭借本质安全性、环境相容性、成本优势及高理论容量，成为可持续电网级储能的极具潜力的候选体系。然而，传统硫酸锌电解液中锌负极面临严重的枝晶生长、析氢反应（HER）及腐蚀等问题，这些问题会不可逆消耗电解液、生成绝缘副产物，破坏锌沉积均匀性，甚至刺穿隔膜引发电池内短路，导致库仑效率低、循环稳定性差，严重制约其实际应用。构建人工界面保护层是稳定锌负极的有效策略，然而其静态特性难以适应锌沉积/剥离过程中的动态体积变化，存在开裂和失效的风险。相比之下，一种更具针对性且研究较少的机制是，通过界面分子工程策略在分子尺度上原位构建一个动态且稳定的界面层。这就要求分子能够在不改变本体溶剂化结构的情况下，通过特异性吸附直接重构内亥姆霍兹平面（IHP）。

HFB作为“分子栅栏”稳定锌极的机制示意图

基于此，此项研究通过分子设计策略，以六氟苯（HFB）为电解质添加剂，实现了锌负极IHP的精准重构，区别于传统体相调控或宏观涂层策略，其核心优势在于不破坏锌离子本征溶剂化结构，仅通过特异性界面吸附实现分子级界面调控。HFB凭借富电子芳香平面结构优先吸附在锌表面，将原本由水分子和硫酸根离子主导的亲水、高活性IHP，重构为疏水、缺水的IHP，形成高效“分子栅栏”。这既从源头抑制析氢反应与腐蚀副产物生成，又优化锌离子界面传输动力学，引导无枝晶均匀沉积。该策略使锌负极实现超长循环稳定性，全电池的优异性能验证了其实际应用潜力。该工作将金属负极稳定策略的焦点从体相和宏观界面，转移到分子级的内亥姆霍兹平面，提出的“特异性吸附重构IHP”机制，为水系锌电池电解质的分子设计提供了全新的理论框架与技术路径。

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