韩翠平副研究员、刘卓鑫副教授重磅AM：阴离子-共溶剂竞争，将锌负极工作温区拓宽至-35-75 °C，寿命延长至>700天！

单位：深圳大学，松山湖材料实验室，中科院深圳先进研究院

水系锌离子电池（AZIB）已经成为电网能量级存储领域中的一个重要候选者，但它们仍面临着重大挑战，特别是在水性电解质中锌负极的界面化学方面，HER、锌枝晶生长以及不良副产物的形成等问题影响了锌金属负极的可逆性，限制了AZIB的进一步应用。目前关于通过协调锌负极与水性电解质之间的相互作用以提高锌负极的沉积/剥离可逆性的研究已经取得巨大进展。然而，在理解锌离子溶剂化结构和界面化学在宽温区温度范围内对锌负极的影响方面仍有待进一步探索。

近日，深圳理工大学/中国科学院深圳先进技术研究院韩翠平副研究员与深圳大学刘卓鑫副教授团队合作深入探讨了水系电解质中锌负极界面特性的演变。通过分析探究极端温度下锌金属负极失效的原因，提出了一种基于助溶剂与阴离子竞争配位原理的温度自适应电解质(TSAE)。该电解质表现出动态溶剂化能力，在低温下生成较薄且具有高离子导电率的富无机固体电解质界面(SEI)，而在高温下生成较厚且含大量非晶的有机烷基醚和碳酸盐的SEI，具有优异的耐腐蚀与抑制无机组分溶解的能力。电解质的自适应性显著提高了锌负极在较宽温度范围内的可逆性。

基于TSAE的Zn//Zn对称电池，在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的室温下，可逆镀/剥离时间超过16,800小时(>700天)。此外，使用TSAE可使锌负极在-35~75°C的宽温度范围内稳定沉积剥离。组装的高正极负载的Zn//PANI软包全电池可在-35~75°C的变温区间内稳定运行。该工作为水系锌离子电池在宽温度范围内的界面化学属性提供了新的见解，有望激发同时兼顾抗冻和耐热性能的水系储能器件的开发，以适应未来储能领域的各种应用场景。

该成果以题为“A Temperature Self-Adaptive Electrolyte for Wide-Temperature Aqueous Zinc-Ion Batteries” 在国际知名期刊Advanced Materials上发表。通讯作者为韩翠平副研究员和刘卓鑫副教授。第一作者为渠广猛、魏桦、赵顺顺。

要点1：确定了宽温区范围内的锌负极失效的根本原因：即低温（20°C~35°C）下“死锌”的积累以及在高温下（50~75 °C）加剧的电化学腐蚀。针对上述问题引入了一种能够在特定温度下衍生高度适应的固态电解质界面（SEI）的温度自适应电解质（TSAE）；

要点2：对源自动态溶剂化环境的温度依赖性SEI结构进行了深入研究。结果显示，在低温下形成了有利于Zn2+输运的较薄且无机富集SEI，而在高温下形成了由无机盐和无定形有机成分组成的较厚SEI，有利于抑制HER反应和电极腐蚀；

要点3：TSAE的自适应性使得可逆的锌金属负极在恶劣环境条件下免疫于副反应和枝晶形成。其有效性在Zn//Zn，Zn//Cu和PANI//Zn电池中得到验证，表现出优异的结果，包括在常温下超过16,800小时（>700天）的记录可逆锌镀/剥离寿命，以及超宽温度范围（-35至75°C）内稳定运行。同时，TSAE的可行性在质量负载超过30 mg cm^-2的软包电池中在可变温度区间内得到了进一步验证。

A Temperature Self-Adaptive Electrolyte for Wide-Temperature Aqueous Zinc-Ion Batteries

刘卓鑫副教授简介：深圳大学材料学院副教授。本科和硕士毕业于四川大学，博士毕业于香港城市大学，目前主要从事的研究领域为水系能源存储与转换，包括水系电池、热电池等。以第一作者或通讯作者身份在Chem. Soc. Rev.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem.、Energy Environ. Sci.、ACS Nano、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、CCS Chem.等著名学术期刊上发表论文30余篇，合著共发表论文80余篇，获引用超过13000次，h-index为51（2024.04）。入选科睿唯安全球高被引科学家（2022、2023）、斯坦福大学&爱思唯尔全球前2%顶尖科学家（2023）、深圳市海外高层次人才（B类），担任欧洲研究委员会（ERC）项目评审专家、Front. Chem. 期刊副编辑、Nano-Micro Lett.期刊青年编委、J. Energy Chem.期刊青年编委，担任Nat. Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem.等多个著名学术期刊审稿人。

韩翠平副研究员简介：博士毕业于清华大学，并先后在美国佐治亚理工学院、香港中文大学、深圳大学、香港城市大学从事研究工作，现为深圳理工大学助理教授/副研究员。主要围绕水系多价离子电池及其关键材料开展研究。迄今出版专著1部，英文章节3章，发表SCI论文80余篇，h-index为40，论文总引用6500余次，包括Nat. Commun.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater、ACS Nano等；入选全球前2%顶尖科学家年度榜单、JMCA新锐科学家、深圳市海外高层次人才、香江学者计划；获广东省自然科学一等奖、深圳市自然科学二等奖、清华大学优秀博士论文；担任Materials Research letters、Rare Metal和Energy Reviews期刊的青年编委；主持国家、广东省及深圳市项目等。团队长期招聘储能电池方向博士后，欢迎投递简历到cp.han@siat.ac.cn。