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研 究 进 展
随着可持续储能技术的兴起，水系锌离子电池（ZIBs）因其高安全性、低成本和环境友好等优势，成为新一代储能体系的重要候选。然而，在高深度放电（DOD）条件下，Zn负极将面临更严重的电场失衡、枝晶生长和界面不均匀沉积等问题，严重限制了电池的循环寿命与容量保持率。
鉴于此，华东师范大学潘丽坤/暨南大学黎晋良/德累斯顿工业大学徐昊提出了一种基于“分子阻尼效应”的界面调控策略，引入微量添加剂全氟-3,6-二氧-4-甲基-辛-7-烯磺酰氟（PSVE），在不破坏Zn2+溶剂化结构的前提下，通过缓冲局部电场波动、协调离子迁移，构建出可自适应的阻尼界面层，有效抑制Zn枝晶、提升电极界面稳定性。在传统硫酸锌电解液中加入仅0.08 mM的PSVE添加剂组装的Zn//Zn对称电池在高达85.5% DOD的情况下依然能稳定运行超过200小时，而全电池NVO//Zn在1000次循环后容量仍维持在141.98 mAh g-1，远高于普通硫酸锌电解液组装的全电池的51.49 mAh g⁻¹容量。本研究成果以题为 "Molecular Damping Effect of Trace Additives Enhances Zinc Anode Stability under High Depth of Discharge"发表在Advanced Science期刊。
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研 究 亮 点
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提出 “分子阻尼效应”新概念，缓冲局部电场波动、协调离子迁移 -
引入微量添加剂PSVE，即可构建高稳定性Zn-F富集层，有效抑制Zn枝晶生长 -
Zn//Zn对称电池在85% DOD下循环寿命达200小时以上。
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图 文 导 读
图1：PSVE诱导的分子阻尼效应调节Zn界面电场与离子分布
图1 a) EDLC分析。b) Zn负极的交流伏安响应曲线。c)在 ZN（002）晶面上的计算吸附能。d-e）模拟不同电解液中锌负极界面处的电场分布f) HOMO-LUMO 能级。g-h)不同电解液体系中锌的沉积和剥离图示意图。
本图通过电化学测试、DFT计算与COMSOL模拟展示了PSVE在Zn负极表面的弱吸附分子阻尼行为如何重构电场分布。相比传统电解液，PSVE可有效缓解“尖端效应”，促使Zn²⁺均匀沉积。同时，较窄的HOMO-LUMO能隙有助于提升界面电导率与稳定性。
图2: 电解液分析
图2 a) 电解液的FTIR谱图。b) 电解液1H NMR对比。 c) 电解液的拉曼光谱。d) 氢键强弱比例对比图。e) 不同PSVE浓度下的电导率变化。f) PSVE对析氢反应电位的影响。g–i) Zn2+迁移数。
红外、核磁和拉曼光谱表明，微量PSVE不影响水的氢键结构。尽管如此，基于界面调控的有效性， 离子电导率和Zn2+迁移数（0.90）提升并进一步优化了电极界面传导行为。
图3：负极界面分析
图3：Cu//Zn电池的CA曲线。b) Cu//Zn的循环伏安曲线。c) Zn在不同电解液中的Tafel极化曲线。d) Zn片浸泡后的XRD图谱。e–f) 循环后Zn表面显微形貌。g–i) Zn负极XPS谱图j) Zn负极的表面高度轮廓图。k–l) Zn//Zn电池的DRT分析。
CA和CV测试揭示PSVE可实现更为均匀的3D沉积过程，降低成核过电位，减缓Zn枝晶形成。Tafel、XPS与显微形貌进一步表明，Zn-F键的形成构建了稳定的富氟界面层，显著提升Zn的抗腐蚀能力与循环稳定性。
图4: Zn//Zn对称电池在高DOD下表现出色循环稳定性
图4：a–c) Cu//Zn电池测试。d–g) Zn//Zn对称电池在不同DOD条件下的循环性能。h) 本工作与类似文献的性能对比图。
PSVE显著提升了Zn//Zn电池在不同深度放电（DOD）下的循环寿命，尤其在85.5% DOD条件下仍能稳定运行超过200小时。
图5：全电池性能提升
图5：a) CV测试。b–c)自放电测试。d)倍率性能。e)长循环性能。f)首圈后电池的电化学阻抗谱。g–h)首次充放电过程中的DRT分析图。i–j) 原位同步辐射XRD分析。
NVO//Zn全电池在加入PSVE后表现出显著性能提升。原位XRD与EIS-DRT等表征显示，PSVE增强了Zn负极与NVO正极的结构稳定性与锌离子迁移动力学，显著提升了全电池的可逆性与实用性。
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结 论 与 展 望
本研究通过引入微量添加剂分子PSVE构建阻尼型界面，实现了对Zn电极在深放电条件下的结构与电场的协同调控。该策略不仅有效提升了Zn负极的可逆性与稳定性，还拓展了锌离子电池在深度放电储能领域的应用。未来，基于“分子阻尼”原理的界面设计思路，有望推广至其他金属负极体系，为金属电池的长期稳定运行提供全新解决方案。
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通 讯 作 者 简 介
潘丽坤教授简介：华东师范大学物理与电子科学学院、上海市磁共振重点实验室教授、博导。科睿唯安全球高被引科学家，爱思唯尔中国高被引学者，斯坦福大学全球前2%顶尖科学家。1997、2001和2004年分别毕业于复旦大学（学士）、中科院声学研究所（硕士）、新加坡南洋理工大学（博士）。目前研究方向为新能源材料及应用、人工智能机器学习。已发表SCI论文400余篇，其中第一/通讯作者SCI论文300余篇，被引用35000多次，H指数109。授权中国发明专利30余项。主编3本英文著作。目前担任AI for Energy and Environment期刊主编和Journal of Colloid and Interface Science等期刊的编委。
黎晋良，暨南大学物理学系副研究员，2012和2017年分别毕业于华南理工大学电子科学技术专业（本科）和华东师范大学材料与光电子专业（博士），随后加入暨南大学从事博士后工作，2020年入职暨南大学物理学系，从事储能电池界面与电解质设计相关工作。相关成果以第一/通讯作者在Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.等高水平期刊发表论文80余篇，论文引用超过5400次, H指数40，入选全球前2%顶尖科学家（斯坦福大学）。担任广东省材料研究学会青委会委员，AI for Energy and Environment期刊执行主编，Scientific Report编委、Batteries编委，中文期刊《材料研究与应用》青年编委，国际学术期刊Rare Metals青年编委
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