近日，化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院張寧教授課題組在可充水系鋅電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)工作“Superhydrophobic and robust hetero-metal-polymer hybrid interphase enables deep-cycling zinc metal anodes”以河北大學(xué)為第一通訊單位發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Energy & Environmental Science》（影響因子：32.4）。我校碩士研究生劉孟玉和袁文濤為論文共同第一作者，張寧教授和北京科技大學(xué)劉永暢教授為共同通訊作者。

基于金屬鋅負(fù)極的水系可充鋅電池安全性高、資源豐富、環(huán)境友好，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)鋅負(fù)極可逆性低，存在枝晶、析氫、腐蝕的問題，嚴(yán)重限制了水系可充鋅電池的實(shí)際應(yīng)用。受自然界“荷葉效應(yīng)”的啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)提出了在鋅負(fù)極表面原位構(gòu)建超疏水“異質(zhì)金屬-聚合物”復(fù)合SEI膜（固體電解質(zhì)界面膜）的策略，顯著提升了鋅負(fù)極的穩(wěn)定性。通過一步化學(xué)置換法，可控制備了一系列異質(zhì)金屬-聚合物復(fù)合SEI膜，如Pb-PVDF，Bi-PVDF和Sn-PVDF膜（PVDF為聚偏氟乙烯）。以Pb-PVDF復(fù)合SEI膜為主要研究對(duì)象，其具有類似于荷葉表面的微結(jié)構(gòu)，展示出了超疏水性，電解液接觸角高達(dá)到154.9°，是已報(bào)道人工SEI膜的記錄值。所制備的Pb-PVDF@Zn電極實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)循環(huán)壽命（達(dá)8100 h）和高深度放電循環(huán)穩(wěn)定性（85.3%放電深度，> 800 h），是傳統(tǒng)鋅負(fù)極循環(huán)壽命的~160倍。這項(xiàng)工作為高性能金屬電極設(shè)計(jì)與界面化學(xué)調(diào)控提供了新思路。

以上研究工作得到了河北大學(xué)生命科學(xué)與綠色發(fā)展研究院、河北大學(xué)優(yōu)秀青年科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的資助和支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D4EE04122D

(化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院 供稿)