余颖教授、杨泽副教授，CEJ：具有双网络结构的新型多功能聚合物界面用于保护水系锌负极- 大数跨境

首页

余颖教授、杨泽副教授，CEJ：具有双网络结构的新型多功能聚合物界面用于保护水系锌负极

科学材料站

2025-12-12

导读：余颖教授、杨泽副教授，CEJ：具有双网络结构的新型多功能聚合物界面用于保护水系锌负极

科学材料站

文章信息

具有双网络结构的新型多功能聚合物界面层用于保护水系锌负极

第一作者：董雪

通讯作者：余颖*，杨泽*

单位：华中师范大学

科学材料站

研究背景

水系锌离子电池具有安全性好、成本低和环境友好等特性，已经成为大规模储能的一种有前景的选择。然而，锌金属负极在实际应用中存在关键挑战，尤其是在阳极-电解质界面处发生不可控的枝晶生长和寄生副反应。尽管已经有大量的有关保护层的研究来缓解这些问题，但将包括高离子导电性、坚固的机械强度、卓越的界面稳定性以及适当的疏水性在内的多个关键性能整合到单一保护结构中时仍面临重大挑战。基于此，华中师范大学余颖、杨泽课题组首次开发了一种具有双网络结构的xPCMS-PEGMA多功能人工界面层。该界面层通过将柔性的PEGMA网络均匀接枝于高交联的刚性xPCMS网络上，从而形成了具有刚性-柔性双网络结构的xPCMS-PEGMA。这种双网络结构中，xPCMS刚性网络显著赋予界面层高机械强度，使其能够抑制锌枝晶的生长，同时其疏水性可以有效抑制析氢反应（HER）和锌腐蚀。柔性PEGMA网络中均匀C=O基团能够与锌离子相互作用，在保护层与锌阳极之间建立强粘附性，也有利于形成均匀且快速的离子传输通道，从而实现锌离子的均匀沉积。本文为金属阳极保护层的结构设计提供了一种创新策略，为可充电水系金属离子电池开辟了一条新途径。

科学材料站

文章简介

近日，来自华中师范大学的余颖教授和杨泽副教授在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Double-network-inspired polymer interphase with fast kinetics for stable zinc-metal anodes”的文章。该文章有效的解决了目前锌负极界面层存在的多个功能间权衡的问题，为稳定锌负极提供了创新策略。

图1. 双网络结构的xPCMS-PEGMA保护层用于稳定锌负极的示意图。

图2. xPCMS-PEGMA保护层的物理化学性质表征。(a) 简明合成过程；(b) 合成示意图；(c) FTIR光谱；(d) xPCMS和xPCMS-PEGMA的XPS；(e) xPCMS-PEGMA的N2吸附等温线及相应孔径分布曲线（插图）；(f) 和 (g) xPCMS-PEGMA层的SEM图像及EDS；(h) 负载-压痕深度曲线；(i) 与近期文献报道的力学性能比较；(j) 离子导电性；(k) 离子迁移数（tZn²⁺ 和 tSO₄^2-）。

图3. Zn 沉积行为。（a）剥离强度;（b）在 Cu 上以 2 mA cm⁻²沉积 Zn²⁺ 的电压曲线;（c）LSV和（d）Tafel 曲线，扫描速率为 1 mV s⁻¹；（e）无修饰Zn 和（f）xPCMS-PEGMA@Zn 阳极在 100 次循环后的沉积侧SEM 图像；（g, h）无修饰Zn 和 xPCMS-PEGMA@Zn 阳极在 100 次循环并剥离保护层后（1 mA cm⁻²，0.5 mAh cm⁻²）的微区 FTIR 映射；（i）HOMO 能级和（j）无修饰Zn 与 xPCMS-PEGMA@Zn 阳极的结合能;（k）无修饰 Zn 和（l）xPCMS-PEGMA@Zn 阳极在 100 个循环后（1 mA cm⁻²，0.5 mAh cm⁻²）的DRT分析；（m）无修饰Zn 和（n）xPCMS-PEGMA@Zn 的离子浓度场模拟。（o）无修饰 Zn 和（p）xPCMS-PEGMA@Zn 的电场模拟。

图4. Zn 沉积/剥离的可逆性及其可视化。对称电池在(a) 1 mA cm⁻²，0.5 mAh cm⁻²下和(b) 10 mA cm⁻²，10 mAh cm⁻²下的循环稳定性；(c) 对称电池倍率性能；(d) 和 (e) 为无修饰Zn 和xPCMS-PEGMA@Zn 剥离涂层后的AFM图像；(f) 循环后的 xPCMS-PEGMA@Zn、xPCMS@Zn 和 PCMS@Zn 剥离涂层后以及无修饰 Zn的 XRD 图谱；(g) Zn//Cu 非对称电池的库伦效率；(h) xPCMS-PEGMA@Zn 及 (i) bare Zn 的沉积/剥离曲线。

图5. 全电池电化学性能。(a) CV曲线；(b)和 (c) 0.5 A g⁻¹下的速率性能和恒电流充放电曲线；(d) 循环性能；(e) 老化24小时后的Nyquist图；(f) 由xPCMS-PEGMA Zn//NVO电池供电的发光手环的实物照片。

科学材料站

文章链接

Double-network-inspired polymer interphase with fast kinetics for stable zinc-metal anodes

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171746

科学材料站

通讯作者简介

余颖教授简介：余颖，教授（二级），博士生导师，国际刊物Materials Today Physics副主编。1996年在大连理工大学获得工学硕士学位，2000年在南开大学获得理学博士学位，之后来到华中师范大学从事教学和科研工作，期间于2003年11月~2007年5月到香港中文大学、美国普林斯顿大学、美国波士顿学院从事了博士后和访问研究工作。目前从事纳米结构材料制备及其在能源存储与转换等领域应用的研发工作，已在Chem. Soc. Rev.、Nat. Common.、Energy Environ. Sci.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. In. Ed.、Nano Lett.等上共发表SCI论文180篇多篇，被他人引用超过15000次，单篇最高引用超过1000次，论文H指数为65，申请了40多项国家发明专利。2022~ 2024连续三年入选科睿唯安年度全球“高被引科学家”名单，2023和2013年作为第一完成人分别获得湖北省自然科学一等奖和二等奖。

杨泽副教授简介：杨泽，副教授，硕士生导师。2014年获得华中科技大学博士学位，随后在美国休斯敦大学物理系从事博士后研究工作。2019年来到华中师范大学物理科学与技术学院纳米科技研究院从事教学和科研工作。已主持和参与多项国家自然科学基金，目前正从事能源存储（锂/钠/锌离子电池）方面的研究，在Chem. Soc. Rev.、Energy Environ. Sci.、Angew. Chem. In. Ed.等期刊发表SCI论文30余篇，论文H指数为23，被引2000余次，其中ESI高被引论文3篇。