调控晶面取向抑制锌枝晶：Small综述揭示电解液添加剂的关键作用

安庆大教授、佟瑶副教授、王开研究员、张浩翔助理研究员，Small观点：电解液添加剂调控锌晶面取向，实现无枝晶水系锌电

第一作者：王培如

通讯作者：安庆大*，佟瑶*，张浩翔*，王开*

单位：大连工业大学，中国科学院大连化学物理研究所

水系锌离子电池（AZIBs）凭借高理论容量、低成本、无易燃风险等优势，被视为下一代储能系统的有力竞争者。但锌枝晶生长、析氢反应（HER）、腐蚀等问题导致电池库仑效率低、循环稳定性差，严重阻碍其实际应用。研究发现，锌阳极的各向异性沉积行为与其晶体取向密切相关 —— 商用锌箔的异质晶面取向会加速三维凸起形成，而精准调控锌的晶面取向可通过外延生长限制改变沉积热力学，实现无枝晶沉积。电解液添加剂工程因操作简便、成本可控、易规模化，成为调控锌晶面取向的核心策略，本文系统综述该领域最新进展，为 AZIBs 性能突破提供关键指导。

近日，大连工业大学安庆大教授、佟瑶副教授与中国科学院大连化学物理研究所王开研究员、张浩翔助理研究员合作，在国际知名期刊《Small》发表题为 “Regulating Zinc Anode Crystallographic Orientation: Unveiling the Role of Electrolyte Additives in Dendrite-Free Aqueous Zinc-Ion Batteries” 的综述文章。该文章聚焦电解液添加剂调控锌阳极晶面取向的核心机制，系统分析锌（002）、（100）、（101）三个关键晶面的结构 - 性能关系与沉积动力学，分类总结有机分子、金属阳离子、无机分子、离子液体四类添加剂的晶面选择性调控机制，最后提出未来研究方向，为高性能 AZIBs 的开发提供全面参考。

锌为六方最密堆积结构，不同晶面沉积行为差异显著：（002）晶面：表面能最低、原子排列致密，沉积时与基底夹角小（0°-30°），形成平整均匀的锌层，兼具抗腐蚀和抑枝晶能力；（100）、（101）晶面：表面能较高，沉积时与基底夹角大（70°-90°），易引发枝晶生长，但（100）晶面离子迁移动力学更快，（101）晶面反应活性更强，合理调控可兼顾高倍率与稳定性。

导向（002）晶面：多数添加剂通过选择性吸附稳定（002）晶面，可使锌对称电池循环寿命突破 1000 小时，库仑效率接近 99.9%；导向（101）晶面：通过添加剂阻断（002）晶面活性位点实现，如苹果酸优先吸附于（002）晶面，促进（101）晶面有序生长，兼顾高活性与长循环；导向（100）晶面：利用两性分子或金属阳离子调控电场分布，如十二烷基磷酸二钠（DLP）可实现（100）晶面垂直取向沉积，适配高电流密度场景（50 mA cm⁻²）。

当前研究仍面临多功能协同不足、宽温域稳定性差、柔性器件适配难等挑战，未来需重点关注：开发跨尺度原位表征平台，实时追踪添加剂 - 晶面相互作用与晶面演化；建立极端条件（高电流、宽温度、柔性弯曲）下的添加剂筛选标准；结合机器学习与多物理场模拟，设计低成本、多功能的新型添加剂；突破 “晶面取向 - 电化学性能” 的构效关系，实现定向设计。

Regulating Zinc Anode Crystallographic Orientation: Unveiling the Role of Electrolyte Additives in Dendrite-Free Aqueous Zinc-Ion Batteries

安庆大，教授，博士生导师。国务院政府特殊津贴专家、兴辽英才计划科技创新领军人才、大连市领军人才。兼任中国轻工业联合会常务理事、辽宁省化工学会副理事长。近年来主持科技部重点研发计划子课题、国家自然科学基金项目等研究课题20余项。带领团队在国内外学术期刊如J. Am. Chem. Soc., ACS Energy Lett., Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. A, Bioresour. Technol., Chinese J. Catal., J. Clean. Prod.和Carbohydr. Polym.等发表研究论文百余篇。作为第一完成人获得辽宁省科技进步一等奖。

佟瑶，副教授，硕士生导师。长期从事生物质资源高值化利用及储能器件研究。以第一作者和通讯作者身份在Cell子刊Chem，Matter，以及Adv. Sci.，Chem. Eng. J.，J. Mater. Chem. A，Int. J. Biol. Macromol.，J. Colloid Interf. Sci.，J. Energy Storage，Electrochim. Acta等国际权威期刊上发表论文二十余篇，ESI高被引论文3篇，引起国内外同行的高度评价和关注。主持国家自然科学基金项目、辽宁省自然科学基金、大连市高层次人才计划项目等。荣获辽宁省“百千万人才工程”“万”层次、大连市高层次人才、大连市“青年科技之星”等荣誉称号。担任Adv. Funct. Mater.、Chem. Eng. J.、Int. J. Biol. Macromol.、J. Energy Storage、J. Power Sources等SCI学术期刊审稿人。

王开，中国科学院大连化学物理研究所，研究员，研究主要集中于大面积钙钛矿太阳能电池组件以及钙钛矿/晶硅叠层太阳电池等光伏器件中关键功能材料的设计、开发及其性能调控机制等领域。在Nat. Commun., Joule, Chem, Matter, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表论文70多篇，7篇入选ESI高被引论文。曾获辽宁省自然科学二等奖、中国科学院沈阳分院优秀青年科技人才奖等多项荣誉；参与了国家重点研发计划及中国科学院战略性先导科技专项（B类）等重大科研项目，并主持国家自然科学基金面上项目与青年项目等。

张浩翔，大连化物所助理研究员。研究领域集中在锌基储能电池的制备及其应用、储能电池与光伏的集成及OER/ORR 催化剂的制备。 以第一作者或通讯作者在 Angew. Chem. Int. Ed., Energy Storage Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy., Nano Res.等期刊发表论文 20 篇，申请或授权专利15 项，承担国家自然科学基金等项目 3 项。

王培如：大连工业大学轻工与化学工程学院研究生，主要研究方向为水系锌离子电池电解液与生物质储能材料。