近日，化學與材料科學學院張寧教授課題組在可充水系鋅電池領域取得重要進展，相關工作“Organic Cations Texture Zinc Metal Anodes for Deep Cycling Aqueous Zinc Batteries”以河北大學為唯一通訊單位發表在國際頂級期刊《Advanced Materials》(2024, 202408287, IF = 27.4)。我校博士生馬國強和袁文濤為論文共同第一作者，張寧教授為唯一通訊作者。

可充水系鋅電池安全性高、資源豐富、環境友好，在大規模儲能領域中具有廣闊的應用前景。然而，傳統鋅負極以(101)晶面織構為主，存在枝晶生長、氫析出、腐蝕等問題，可逆性低，嚴重阻礙了水系鋅電池的商業化。作為一種六方密堆積結構金屬，鋅(002)晶面具有最低的表面能和最高的析氫能壘，能夠有效抑制電極界面副反應。因此，探索調控鋅負極晶面織構的有效方法，實現新型(002)織構金屬鋅的可控制備，對于構筑高性能水系鋅電池具有重要意義。

本工作中，張寧教授課題組提出了一種“有機陽離子織構金屬鋅負極的策略”，通過在水系電解液中引入有機陽離子添加劑來調控鋅沉積取向，實現了高度(002)織構金屬鋅（簡寫為(002)-Zn）的可控電沉積制備。該策略具有一定普適性，適用于多種有機陽離子添加劑，包括：1-丁基-3-甲基咪唑鎓陽離子Bmim⁺，1-丙基-3-甲基咪唑鎓陽離子Pmim⁺，以及1-乙基-3-甲基咪唑鎓陽離子Emim⁺。結合實驗表征和理論計算，揭示了有機陽離子添加劑在鋅表面具有動態吸附效應，其既可以引導鋅離子取向沉積，又可以抑制由水引發的界面副反應，在充放電過程中有效維持了(002)-Zn的晶面取向。所制備的(002)-Zn電極在含Bmim⁺的電解液中展示出了優異的電化學性能，在36.3%放電深度下，可穩定循環超1500 h，即使在72.6%高放電深度下，仍可循環超350 h，是商業化鋅負極循環壽命的87.5倍。在此基礎上，構建了基于(002)-Zn負極的高性能軟包全電池器件，顯示出了良好的應用前景。

2023年至今，張寧教授課題組在可充水系鋅電池領域已經取得了系列重要成果，相關工作分別發表在國際權威學術期刊Angewandte Chemie-International Edition(2篇；2023, 62, e202218386和2023, 62, e202304444；IF = 16.1)，Advanced Functional Materials(2篇；2024, DOI: 10.1002/adfm.202406620和2024, 34, 2313358；IF = 18.5)，ACS Nano(2023, 17, 23861-23871；IF = 15.8)，Energy Storage Materials(2023, 54, 276-283；IF = 18.9)。以上工作得到了河北大學生命科學與綠色發展研究院、中國科協青年人才托舉工程項目、國家自然科學基金面上項目等經費的資助和支持。

文章鏈接：

[1]https://doi.org/10.1002/adma.202408287

[2]https://doi.org/10.1002/anie.202218386

[3]https://doi.org/10.1002/anie.202304444

[4]https://doi.org/10.1002/adfm.202406620

[5]https://doi.org/10.1002/adfm.202313358

[6]https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08095

[7]https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.10.043

(化學與材料科學學院、科學與技術創新研究院 供稿)