衡阳师范学院，CEJ：微量二苯磺酰亚胺添加剂调控碱式硫酸锌001优先生长和Zn(002)择优沉积实现水系锌离子电池的长循环寿命

第一作者：余娟，赵福星

通讯作者：谭亮，李忠良

单位：衡阳师范学院

水系锌离子电池(ZIBs)与现有的锂离子电池相比具有低成本、高安全性、环境友好等优点，是电能存储应用的理想候选者。然而，锌负极表面不受控制的锌枝晶和析氢副作用严重限制了锌离子电池的实际应用和工业化。锌枝晶生长和析氢反应等与电极表面形态的空间不均匀性以及热力学有关。目前许多策略通过降低电解质中水含量来提高锌阳极稳定性，但牺牲了电池的低成本、高离子导电性和高安全性。构建能隔离水和锌离子传导的保护层是一种有效途径，但人工保护层在循环过程中破碎的风险尚未解决。考虑到碱式硫酸锌（ZHS）是硫酸锌电解液体系中很难避免的副产物，同时具备较好的锌离子传导能力。而目前ZHS无法成为有效SEI的关键还是其生长的随机性，无法构建稳定的表面结构。

基于此，衡阳师范学院谭亮博士课题组在Chemical Engineering Journal上发表题为“Regulating zinc hydroxide sulfate (001) preferential growth and Zn (002) deposition by trace dibenzenesulfonimide additive toward long cycle lifespan for aqueous Zn-ion batteries”的观点文章。该文章尝试采用电解液添加剂来诱导ZHS水平向生长，实现隔离水和传导锌离子的作用。研究发现硫酸锌电解液中添加微量二苯磺酰亚胺(BBI)添加剂，可以诱导副产物ZHS (001) 晶面优先生长，同时在锌沉积/剥离过程中诱导Zn（002）择优生长，能有效减少锌负极表面锌枝晶和析氢问题，促进均匀的锌沉积，从而提高锌阳极稳定性和电池循环寿命。

图1，图2. Zn负极表面形貌表征

BBI分子可以吸附在Zn电极表面，通过化学吸附方式，降低固体相表面能，引导ZHS(0 0 1)晶面的优先生长。形成的水平ZHS层具有高离子导电性，有利于隔离水分子，抑制析氢反应。同时BBI添加剂分子更倾向于吸附在Zn（100）和Zn（101）晶面，形成的空间位阻诱导Zn(0 0 2)晶面的择优生长，避免锌枝晶现象，实现稳定和平坦的Zn沉积。

BBI添加剂抑制锌负极表面锌枝晶生长的可视化研究，利用原位光学显微镜证明了BBI添加剂对锌负极表面锌枝晶的抑制作用。

Regulating zinc hydroxide sulfate (001) preferential growth and Zn (002) deposition by trace dibenzenesulfonimide additive toward long cycle lifespan for aqueous Zn-ion batteries”

谭亮简介：主要从事锂、锌离子电池储能材料研究。相关工作在Adv. Energy Mater，Energy Storage Materials, ACS Sustainable Chem. Eng，J. Mater. Chem. A, Electrochimi. Acta等国际知名期刊以第一作者发表研究论文十余篇。

李忠良简介：主要从事能源储能材料研究（锂、锌离子电池）和分子设计合成及其理论研究（荧光分子传感器）的研究。相关工作在Energy Storage Materials，Supramolecular Chemistry ，ACS Materials Letters，Advanced Functional Materials等国际知名期刊以第一作者发表研究论文十余篇。

余娟：衡阳师范学院2023级硕士研究生，研究生师从谭亮讲师，研究生期间主要从事高性能水系锌离子电池的研究及其应用。

欢迎各位有志青年报考衡阳师范学院化学与材料科学学院研究生。