安徽大学遇鑫遥教授团队AFM，2分钟等离子体魔法：为锌碘电池锌阳极披上长效“铠甲”

第一作者：张苗苗，周亦彤

通讯作者：范稞*，冯怡*，遇鑫遥*

单位：安徽大学，河北工业大学

水系锌-碘电池因碘元素在海水中天然存在（浓度约55 μg L⁻¹）以及高达600 Wh kg⁻¹的理论能量密度，展现出独特的应用潜力。然而，锌-碘电池的商业化应用仍面临严峻挑战。在锌阳极侧，锌枝晶生长、腐蚀反应及析氢副反应严重损害循环稳定性；此外，阴极生成的高溶解性多碘离子（如I₃⁻、I₅⁻）向阳极扩散，不仅加剧锌腐蚀，还会引发电极表面粗糙化，进而加剧锌枝晶的生长。在锌阳极表面构筑保护涂层是解决上述问题的有效策略。然而，现有涂层材料普遍缺乏双重功能：一方面需调控锌离子沉积行为、抑制枝晶与副反应，另一方面抵抗多碘离子的渗透侵蚀。

自然界中植物根系通过表面丰富的路易斯碱位点（如-OH、-NH₂），实现有益阳离子选择性吸附与有害阴离子排斥的双重功能，这种离子筛分机制启发了本研究的涂层设计。通过模仿植物根系的功能特性，构建富含路易斯碱位点的锌阳极保护层，旨在实现双重目标：一方面吸附Zn²⁺，进而调节Zn²⁺的流量，促进锌的无枝晶沉积。另一方面利用电荷排斥效应阻断硫酸根和多碘离子与锌基体的接触腐蚀。

基于此，来自安徽大学遇鑫遥教授、范稞博士与河北工业大学冯怡副教授合作，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Ultrafast Plasma-Assisted Synthesis of Bio-Inspired Bi-Functional Interlayer on Zinc Anode with Enhanced Lewis-Base Sites for Long-Life Zinc-Iodine Batteries”的研究论文。受植物根系离子选择性吸收与排斥特性的启发，研究团队利用介质阻挡放电（DBD）等离子体技术，在锌负极表面仅用2分钟即快速构建了富含路易斯碱位点的氢氧化锡锌（ZnSn(OH)₆，ZSH）双功能保护涂层。该涂层中的路易斯碱位点可通过静电作用特异性吸附锌离子（Zn²⁺），同时排斥来自正极的多碘离子，有效抑制析氢反应（HER）和锌腐蚀等副反应。基于该涂层的对称电池在5 mA cm⁻²电流密度下能够稳定循环5000小时，锌-碘全电池在10 A g⁻¹高倍率下实现了138,000次的超长循环，容量保持率达89.1%。该研究为高性能锌-碘电池负极保护涂层的设计和制备提供了新思路。

图1. (a) DBD等离子体辅助合成的机理图；(b)裸锌和(c) ZSH@Zn电极表面锌沉积行为的对比示意图。

受植物根系离子选择性传输机制启发，提出基于路易斯碱位点（-OH）的仿生双功能保护层。ZSH层能够选择性吸附Zn²⁺，同时静电排斥I₃⁻，实现对锌负极的双功能保护。

要点二：超快DBD等离子体辅助合成技术

开发介质阻挡放电（DBD）等离子体技术，仅需2分钟即可在锌阳极表面原位合成ZSH涂层，较传统方法（6小时）显著提升效率。等离子体处理使涂层表面暴露更多羟基（路易斯碱位点），增强亲水性和电荷密度，优化锌离子传输动力学。

要点三：优异电化学性能与长循环稳定性

基于该涂层的对称电池在5 mA/cm²电流密度下稳定循环5000小时，锌-碘全电池在10 A/g高倍率下实现13.8万次循环，容量保持率89.1%，远超裸锌和传统涂层电极。涂层通过降低锌离子去溶剂化能垒、均匀电场分布，有效抑制浓度极化和界面副反应。

要点四：前瞻

该研究结合仿生设计与等离子体技术，展示了双功能保护层在抑制多碘离子腐蚀、调控锌沉积中的关键作用。未来可进一步优化涂层材料与制备工艺，推动规模化生产，并拓展至其他水系锌基电池体系，为长寿命、高安全性储能设备提供新思路。

Miaomiao Zhang, Yitong Zhou, Ke Fan,* Hongyu Wei, Yi Feng,* Chii-Ming Wu, and Xin-Yao Yu*, Ultrafast Plasma-Assisted Synthesis of Bio-Inspired Bi-Functional Interlayer on Zinc Anode with Enhanced Lewis-Base Sites for Long-Life Zinc-Iodine Batteries. Adv. Funct. Mater. 2025, 2502870.

遇鑫遥，教授，安徽大学材料科学与工程学院院长，安徽省杰出青年基金获得者，“科睿唯安”全球高被引学者（2019-2024），“爱思唯尔”中国高被引学者（2021-2024）。《Nano-Micro Letters》、《Nano Materials Science》、《Rare Metals》、《Energy & Environmental Materials》、《Exploration》青年编委。主要从事新能源材料和低温等离子体的交叉学科研究。以第一或通讯作者(含共同)在Adv. Mater.、Matter、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.等国际重要期刊发表多篇论文。作为负责人主持和完成国家自然科学基金面上项目（2项）和青年项目、安徽省自然科学基金杰青项目等多项国家和省部级项目。

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