中国计量大学宗泉、浙大张启龙和华盛顿大学曹国忠ACS Nano：解耦界面分子“3C效应”稳定锌负极

第一作者：宗泉

通讯作者：宗泉*，张启龙*，曹国忠*

单位：中国计量大学，浙江大学，华盛顿大学

随着全球对清洁能源存储和可持续发展需求的不断增长，特别是在大规模能源存储系统领域中，水系锌离子电池（ZIBs）近年来受到了广泛的关注。然而，锌阳极面临着枝晶、腐蚀、析氢等问题，阻碍ZIBs的实际应用。在本研究中，我们在电解液中添加微量阿斯巴甜(APM)分子，利用分子结构中不同部位的协同效应，实现了一种独特的“吸附-覆盖-捕获”界面化学。得益于三重效应，锌负极/电解液界面表现出均匀的Zn²⁺通量，并且阻碍活性水与锌负极接触，从而有效抑制枝晶生长和副反应。

近日，来自中国计量大学的宗泉和浙江大学张启龙教授以及华盛顿大学曹国忠教授等人合作，在国际知名期刊ACS Nano上发表题为“Decoupling “Cling-Cover-Capture” Triple Effects on Stable Zn Anode/Electrolyte Interface”的文章。在这项工作中使用阿斯巴甜(APM)作为电解质添加剂，形成独特的“3C效应”稳定电极/电解质界面。作为一种广泛应用于各种食品和饮料产品的人工甜味剂，APM具有成本低、生物相容性好、环境友好等优点，为未来生物相容和安全的储能电池研究提供了方向。

APM分子通过主链上不完全配位的氧原子和氮原子稳定地吸附在Zn阳极表面；疏水性苯环通过范德华力平行分布在锌负极表面，有效提高表面覆盖度，阻碍活性水与锌负极发生副反应；侧链的亲锌位点能勾捕获Zn²⁺，均匀锌离子通量，实现均匀沉积。

APM在Zn阳极表面的化学吸附减少了界面游离H₂O，稳定界面pH，缓解了腐蚀和HER。APM分子调节电场分布，优化锌离子扩散，促进锌离子均匀沉积。锌离子沉积生长行为研究表明：锌离子倾向于沿着(002)晶面沉积生长，并且随着循环的进行和沉积容量的提高，表面始终保持致密和平坦，表明界面持久的“3C效应”。

Zn||Zn对称电池表现出优异的循环稳定性（在1 mA cm⁻² 和 1 mA h cm⁻²下循环5100 h，在10 mA cm⁻² 和 5 mA h cm⁻²下循环1150 h, 在10 mA cm⁻² 和 10 mA h cm⁻²下循环680 h）。Zn||Cu非对称电池表现出99.73%的库伦效率。Zn||NVO全电池表现出增强的可逆性和循环性。软包电池在弯折、剪切情况下平稳运行，表明优异的柔性和安全性。

Decoupling“Cling-Cover-Capture” Triple Effects on Stable Zn Anode/Electrolyte Interface