浙江师范大学，北京力学所，广东工业大学，ACS Energy Letters：原位生成可逆锌负极两性离子界面

第一作者：郭强

通讯作者：郭强*，刘峰*，叶明晖*

单位：浙江师范大学，北京力学所，广东工业大学

水系锌离子电池具有理论容量高、制备简单、环境友好的优势，已成为现代电气设备和大型储能系统的有力候选系统。长期循环稳定性是实现此类应用的先决条件。然而，水系锌离子电池的实际应用受到锌枝晶穿刺的阻碍，这是电化学动力学和传质动力学之间权衡的结果。本篇我们通过原位聚合方法在Zn表面构建了一个两性离子聚合物层。该缓冲层的交联聚合物框架具有亲锌和带负电荷的磺酸盐基团，具有大量连续的离子传导通道，可加速Zn²⁺的迁移，抑制SO₄²⁻的扩散，并阻止水分子的侵入，从而最终使电场均匀化并避免寄生反应。这些综合优点使Zn负极具有增强的循环可逆性和动力学。

近日，来自浙江师范大学郭强博士与中国科学院力学研究所刘峰副研究员、广东工业大学叶明晖副教授合作，在国际知名期刊ACS Energy Letters上发表题为“In Situ Generated Zwitterionic Interface for Reversible Zn Anodes”的研究文章。该文章通过一种简单而有效的聚合策略在Zn负极上构建了原位生成的两性离子聚合物界面{聚[3-(1-乙烯基-3-咪唑)-丙磺酸盐]}来解决电解质与负极界面间的不稳定性问题。

此外，鉴于自适应和可微调的特性，具有选择性和均匀离子传输的聚合物也被采用作为界面层，以促进 Zn 负极的可逆性。这些结果表明，构建人工界面层是保护锌负极的有效方法。因此，一种更方便的方法来制造 Zn 表面的聚合物界面以避免复杂的制造程序是非常值得赞赏的。将由 3-（1-乙烯基-3-咪唑基）丙磺酸盐 单体、交联剂和光引发剂组成的混合物旋涂在 Zn 负极上，并在紫外光照射下进行聚合。

得益于这种独特的设计，Zn-Zn对称电池在0.5 mA cm^-2下可稳定地进行7400小时的Zn电镀/剥离。此外，Zn-Cu非对称电池可以实现超过6200次循环的稳定电镀/剥离，平均库仑效率为 99.60%。

考虑到本研究中涉及的单体制备，选择简单的单体以避免复杂的制造工艺是非常必要的，并且可能有助于锌负极的实际应用。本研究中提出的设计概念可能会启发更多具有所需性能的先进锌阳极界面设计。

In Situ Generated Zwitterionic Interface forReversible Zn Anodes

郭强博士简介：2022年加入浙江师范大学（付大伟教授团队）。研究方向专注于新型清洁能源材料和铁电材料的研究，研究方向涉及新型二维材料（硅烯、硅氧烯、锗烯等）的制备及应用、各种离子电池（常规电池、柔性电池和微电池）、电容器（常规电容器、柔性电容器和微电容器）、光热产水、铁电材料的制备。以第一/通讯作者共发表论文20余篇，包括Energy & Environmental Science、ACS Energy Lett.、ACS Nano、ACS Materials Lett.、CCS Chem.、Carbon Energy等国际著名期刊。