江南大学刘天西/陈苏莉EES: 表面活性剂介导的介观相电解质实现高稳定锌金属负极

第一作者：史振海

通讯作者：刘天西*、陈苏莉*、赖飞立*

通讯单位：江南大学，上海交通大学

水系锌离子电池（AZIBs）凭借其高安全性、低成本和环境友好性，在大规模储能应用中展现出重要潜力。然而，锌金属负极面临枝晶生长和界面副反应两个关键瓶颈，严重制约了其产业化发展。一方面，锌的不均匀沉积会引发枝晶，可能刺穿隔膜导致电池短路；另一方面，电解液中的水分子易在负极表面引发析氢反应和腐蚀，降低库伦效率并消耗活性物质。这两个问题相互耦合、彼此加剧：枝晶增大反应面积，加剧副反应；副反应形成的钝化层又会诱导局部沉积，加速枝晶生长，形成性能衰减的恶性循环。传统研究策略如电解液改性或界面涂层，多侧重于单一问题，难以同时协调调控体相离子传输与界面沉积行为。因此，开发能够协同优化锌离子溶剂化结构并稳定界面电化学过程的策略，是实现锌负极长循环稳定运行的核心科学挑战。

近日，江南大学刘天西/陈苏莉团队联合上海交通大学赖飞立在能源材料领域顶级期刊 Energy Environ. Sci.上发表了题为“Surfactant-mediated mesoscopic confinement and selective interfacial shielding for highly stable zinc anode”的观点文章。该工作提出一种基于两亲性表面活性剂的介观相电解质构筑策略，通过引入生物源表面活性剂槐糖脂（SL），实现了对电解液体相微环境与电极/电解质界面的协同调控。槐糖脂在电解液中可自发组装形成纳米胶束结构，该介观限域环境通过多价偶极‑离子相互作用有效重构Zn²⁺的溶剂化结构，从而显著提升Zn²⁺的迁移数与传输动力学。与此同时，未参与胶束形成的游离槐糖脂分子在锌负极表面发生选择性吸附，形成致密的界面保护层。该层不仅通过静电屏蔽效应抑制锌枝晶的随机生长，更借助空间约束作用诱导锌沿（101）晶面进行定向沉积，同时有效阻隔水分子与电极的直接接触，显著抑制析氢与腐蚀等副反应。

本研究提出一种基于两亲性表面活性剂的介观相电解质构筑策略，通过引入生物源表面活性剂槐糖脂（SL），实现了对电解液体相微环境与电极/电解质界面的协同调控。这种设计巧妙地将体相传输调控与界面稳定性保护耦合于一体。胶束从源头优化了离子去溶剂化与传输过程，为均匀沉积奠定了基础；界面层则在沉积的终点提供保护，抑制副反应并引导晶体取向。

槐糖脂在电解液中可自发组装形成纳米胶束结构，该介观限域环境通过多价偶极‑离子相互作用有效重构Zn²⁺的溶剂化结构。光谱分析和分子动力学模拟证实，胶束的限域效应显著削弱了Zn²⁺与其周围水分子的结合力，从而加速了离子界面迁移动力学。同时，胶束结构优先限制了竞争性离子（如SO₄^2-）的迁移，使得Zn²⁺迁移数显著提高。体相传质的优化为后续实现均匀、快速的锌沉积奠定了坚实基础。

游离的SL分子在锌负极表面发生选择性吸附，形成致密的界面保护层。该层不仅通过静电屏蔽效应抑制锌枝晶的随机生长，更借助空间约束作用诱导锌沿（101）晶面进行定向沉积。此外，这层致密的有机界面膜有效排除了锌表面附近的游离水分子，重构了双电层结构，从而大幅抑制了析氢反应和腐蚀等副反应，显著提升了电池的库仑效率与循环稳定性。

得益于上述体相传输强化与界面稳定化的协同机制，锌负极展现出优异的沉积/溶解可逆性，平均库仑效率高达99.3%。基于该电解液组装的Zn//I₂全电池在5 A g^-1的高电流密度下循环超过25,000次后，容量保持率近乎100%，展现出卓越的长循环稳定性。进一步组装的软包电池成功驱动了心率监测设备持续运行，初步展现出其在柔性可穿戴电子系统中良好的应用潜力。

Surfactant-mediated mesoscopic confinement and selective interfacial shielding for highly stable zinc anode

陈苏莉，江南大学副教授，博士生导师。入选江苏省“技术能手”、江苏省“双创计划”双创博士、江南大学至善青年学者等。研究方向：固态电池、水系锌离子电池、高分子纳米复合材料等。迄今发表SCI学术论文50余篇，其中以第一/通讯作者在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.等期刊发表SCI论文30余篇；授权国家发明专利8项，PCT专利1项；获2025年中国石油与化学工业联合会科技进步一等奖（5/12）和江苏省博士后创新创业大赛创新类最佳团队奖（1/2）。先后主持国家自然科学基金（面上项目、青年基金）、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金及中央高校基本科研资助计划等科研项目10项。担任Nano-Micro Lett.、Exploration、EcoEnergy、Energy Materials and Devices等期刊青年编委。

刘天西，江南大学“至善特聘教授”，博士生导师。国家杰出青年基金获得者、英国皇家化学会会士、上海市领军人才、上海市优秀学术带头人、上海市曙光学者、上海市青年科技启明星、教育部新世纪优秀人才、德国洪堡学者。现任Composites Communications共同主编、Advanced Fiber Materials副主编、Journal of Materials Science: Composites副主编、教育部科技委委员、中国复合材料学会·纳米复合材料分会主任。主要研究方向：高分子纳米复合材料、气凝胶功能复合材料、纳米纤维及其复合材料、纳米能源复合材料及器件。在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem, Soc.、Nat. Commun.等期刊发表SCI论文600余篇，他引3.7万余次，H因子104；2018~2024连续七年入选爱思唯尔“中国高被引学者”（材料科学、化学工程与技术）；2020年、2022年获上海市自然科学二等奖（排名第一）；获授权发明专利90余项；出版中、英文专著4部。