东北大学李犁教授Acta Materialia：基于杂化界面工程的预腐蚀策略构筑超稳定锌金属负极

第一作者：刘晨，曾坚

通讯作者： 李犁教授

单位：东北大学

DOI: 10.1016/j.actamat.2025.121025

锌金属电池因其高理论容量（820 mAh g⁻¹）、低氧化还原电位（−0.76 V vs SHE）、高安全性等优势，被认为是下一代大规模可持续性储能装置的候选者。然而，难以控制的枝晶生长和腐蚀等界面副反应严重破坏了锌金属负极沉积/剥离可逆性，导致循环寿命降低，极大地阻碍了锌金属电池商业化进程。为解决上述问题，研究人员已开发了一系列优化策略，包括三维宿主结构设计、界面层改性、电解质工程、隔膜优化等。其中，通过构建可调控界面层以抑制界面副反应和优化沉积行为，被认为是实现高稳定性锌金属负极的有效途径。例如，表面无机/有机涂层可调控离子均匀分布，但在反复的锌沉积/剥离过程中剧烈的体积变化往往会导致涂层与金属基底发生分层甚至完全剥离现象。其他新兴的界面层构建策略，如激光光刻和磁控溅射等，存在层间附着力差、工艺复杂、设备要求高等挑战，显著增加了锌金属负极制造成本。因此，构建兼具简便低成本制备工艺与多功能界面调控特性的界面层仍是锌金属负极保护层开发的极大挑战。

基于此，东北大学冶金学院李犁教授团队提出了一种基于杂化界面工程的预腐蚀策略，通过在锌箔表面原位构建由氢氧化铝薄层与高暴露特定晶面协同构筑的杂化界面电极（COR），以实现超稳定锌金属电池。具有亲锌性和亲水性的界面层降低了成核过电位和脱溶剂化势垒，确保了快速的 Zn²⁺迁移动力学。蚀刻后高暴露的Zn (002) 晶面诱导了沉积物的优势晶面取向，抑制了枝晶生长。因此，COR电极在1 mA cm⁻²电流密度下循环寿命超过2400 h，即使在10 mA cm⁻²电流密度下仍可实现超1800 h稳定循环。此外，与MnO₂正极组装的COR||MnO₂全电池在1 A g⁻¹电流密度下循环1800圈后容量保持率达 97.5%，同时相应的软包电池也展现了出色的循环稳定性。本工作为高稳定性锌金属负极的开发提供了一种简便、经济高效且具备可规模化生产潜力的策略。

图1. COR电极预腐蚀策略设计理念

图2. COR电极电化学测试结果及沉积行为研究

Chen Liu, Jian Zeng, Shuanlong Di, Xinglong Li, Shulan Wang, Li Li, A Pre-Corrosion Strategy for Ultra-Stable Zn Metal Anodes via Hybrid Interface Engineering, Acta Materialia 2025, 121025.

李犁，东北大学冶金学院教授、博导、所长，新能源技术与智能材料团队负责人，英国皇家化学会会士，入选国家高层次人才计划-科技创新领军人才，国家高层次人才计划-青年项目（四青），辽宁省兴辽英才计划，沈阳市杰出人才等，H index>50，担任中国有色金属学会熔盐化学与技术委员会委员等多个国内及国际专业委员会副主任及委员等；以通讯作者在Chem, Matter, PNAS, JACS, Angew, Chemical Society Reviews, Energy & Environmental Science、Science Bulletin等国内与国际著名学术期刊发表 SCI 论文 100余篇，多次入选“全球前2%科学家”榜单等高被引科学家榜单；担任国家科学评论National Science Review学科编辑组成员，冶金顶刊Metallurgical and Materials Transactions A评审委员会主席，Metallurgical and Materials Transactions B、Materials Horizons、Nanoscale Horizons、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Sustainable Materials and Technologies等10余本国内外学术杂志副主编/编辑/编委等。先后获得英国皇家化学会青年奖、国际材料学会科学奖、荣程祥青科研创新奖等国内及国际奖项20余项。主要研究方向为：1）新能源存储（锂电池、钠电池、Li-S电池、超级电容器、水系电池及其他能源存储形式）及器件制备；2）冶金物理化学与冶金新材料；3）电催化/光催化以及绿氢制备技术；4）电池回收及固体废弃物资源回收与利用等。