北京航空航天大学李彬、李松梅Adv. Energy Mater.：亲锌手风琴阵列促进离子扩散和电荷转移实现超快水系锌金属电池

第一作者：许小云

通讯作者：李彬*，李松梅*

单位：北京航空航天大学

近日，来北京航空航天大学的李彬副教授、李松梅教授等，在国际知名期刊AEnM上发表题为“Boosting Ion Diffusion and Charge Transfer by Zincophilic Accordion Arrays to achieve Ultrafast Aqueous Zinc Metal Batteries”的观点文章。该观点文章利用锌粉和具有丰富均匀分布的亲锌锡位的手风琴阵列纳米片（Sn-AA）构建了一种复合阳极，该阳极加速锌离子扩散和电荷转移，实现了高倍率下的水系锌金属电池稳定循环。

金属有机框架材料不仅由于其高表面积而具有更多的活性位点，而且其良好的定义和可定制的特征为设计具有可控形态的功能材料提供了巨大的可能性。在本研究中，合成了具有均匀分布的亲锌Sn位点的手风琴阵列纳米片（Sn-AA）作为锌金属阳极载体。Sn-AA是约为9μm的纳米片，同时具有大量Sn位点和微孔。经过循环伏安法研究，Sn-AA表现出典型的电容行为和良好的电化学可逆性，这将有利于实现离子的快速扩散。

通过对称电池的电化学阻抗谱研究，证明了Sn-AA@Zn阳极具有最低的活化能（30.1 kJ mol⁻¹），同时具有最快的离子扩散速率和电荷转移速率。迅速的离子扩散速率和电荷转移速率将有利于提高AZMB在高倍率下的使用性能。另外，Sn-AA的引入使得阳极的成核过电位和腐蚀电流密度大大减小。

为了进一步揭示Sn-AA@Zn阳极的优势，组装SnAA@Zn||Cu半电池和Sn-AA@Zn||Sn-AA@Zn对称电池进行循环试验。3500次循环后，Sn-AA@Zn||Cu半电池保持99.7%的平均库伦效率。在50 mA cm⁻²的高电流密度循环中，Sn-AA@Zn||Sn-AA@Zn对称电池可以稳定循环>13000次，并且电压滞后稳定且低，这都归因于Sn-AA载体中快速的离子扩散和电荷转移。同时Sn-AA@Zn||MnO₂全电池在5 A g⁻¹的高倍率稳定循环5000次后可以保持125 mAh g⁻¹的容量（每次循环的平均容量衰减仅为0.0065%）。

“Boosting Ion Diffusion and Charge Transfer by Zincophilic Accordion Arrays to achieve Ultrafast Aqueous Zinc Metal Batteries”

李松梅教授简介：北京航空航天大学材料科学与工程学院教授，北京市教学名师。主讲过本科生和研究生课程6门,其中长期主讲本科生专业核心课程“电化学原理”、专业选修课“分析化学”和硕士生专业课“材料腐蚀与防护技术”。完成6项国家级和校级教学改革项目，出版教育部高等学校材料类教学指导委员会规划教材1部、工信部规划教材1部、专著1部，获得北京市高等教育教学成果奖2项、北航“立德树人奖”优秀奖等教学奖励20余项。作为负责人承担国家自然科学基金面上项目等科研项目10余项，获得四项省部级科研奖励。在《Nature》、《Advanced Materials》、《Science Advances》、《Advanced Energy Materials》等著名学术期刊上发表论文150余篇，已获授权国家发明专利10余项。

李彬副教授简介，北京航空航天大学材料科学与工程学院副教授。2009年于北航获得学士学位，2016年于北航获得博士学位。留校任教。2019年聘任为博士生导师。主要研究方向为新能源材料及器件，包括锂金属电池、固态电池、锂硫电池及储能电化学等。承担了国家自然科学基金青年项目、科技部重点研发项目子课题等多个项目。已授权国家发明专利14项，转化应用2项。在《Advanced Material》《Advanced Energy Material》《Energy &Environment Science》《Advanced Functional Material》《Nano-Micro Letters》等期刊上发表SCI论文90余篇，其中一作/通讯论文44篇，他引5300余次，个人H因子40。

许小云，北京航空航天大学博士生。从事储能电化学、水系锌电池负极材料开发。在《Advanced Energy Materials》《Advanced Functional Material》等期刊发表研究论文5篇。