东北大学李犁教授Acta Materialia：界面双调控策略实现超稳定三维锌金属负极

第一作者：刘晨，曾坚

通讯作者和单位：东北大学 李犁教授

DOI: 10.1016/j.actamat.2024.120433

锌金属电池因其高比容量（820 mAh g⁻¹）和安全性、合适的氧化还原电位（−0.76 V vs SHE）且低成本而被认为是下一代电网级能源存储装置的候选者。然而，不可逆的枝晶生长和副反应导致界面恶化，使用寿命严重降低，阻碍了其大规模应用。对此，人们尝试了各类提升锌负极稳定性的策略，包括宿主设计、电解质改性、隔膜修饰和界面改性等。其中，通过构建人工固体电解质中间层以实现界面改性被认为是最有效的策略之一，在加速离子传输动力学和调节锌离子沉积行为方面具有重要意义。然而，面临高电流密度/面容量的严苛条件，巨大的体积变化致使涂层破裂进而失去保护效果。此外，激光光刻和磁控溅射等中间层制备技术存在能耗高、工艺昂贵及中间层与基底之间结合力有限等瓶颈。因此，开发一种具有成本效益且可行的改性策略，以构建在高电流密度/面容量下具有快速离子扩散动力学和优异结构稳定性的锌金属负极，是十分必要的。

近日，东北大学冶金学院李犁教授团队提出了一种界面双重调节策略，通过在锌箔表面原位构建3D锌金属负极，从而实现超稳定的锌金属电池。其独特的开放式纳米阵列结构和与电解质之间的超亲水和亲锌界面，共同实现了快速的离子迁移动力学和理想的自下而上的 Zn²⁺ 沉积模式。因此，所制备的3D锌金属负极在2 mA cm⁻²下可实现3000小时循环寿命，同时即使在40 mA cm⁻²（DOD ≈ 68.4%）高电流密度下依然可实现稳定运行。此外，与MnO2组装的全电池循环1000次后可表现出高容量保持率，同时组装的软包电池也保持优异的高容量。本工作为开发水系金属电池的无枝晶负极开辟了新的机遇。

Chen Liu, Jian Zeng, Shuanlong Di, Shulan Wang, Li Li, An Interfacial Dual-Regulation Strategy for Ultra-Stable 3D Zn Metal Anodes, Acta Materialia 2024, DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120433120433.

李犁，东北大学冶金学院教授、博导、所长，可再生能源转换与储能团队负责人，英国皇家化学会会士，入选国家万人计划-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。