哈工大材料结构精密焊接与连接全国重点实验室、郑州研究院田艳红课题组实现锌金属的无枝晶电镀

哈工大全媒体（李双余 孙卿/文 郑州研究院/图）近日，我校材料结构精密焊接与连接全国重点实验室、郑州研究院智能焊接与装备制造研究所田艳红教授课题组联合西班牙加泰罗尼亚能源研究所及我校深圳校区相关课题组，通过溶剂化结构调控方法，实现了锌金属的无枝晶电镀。研究成果以《溶剂化结构调控实现超稳定锌阳极电镀/剥离》（Modulating the solvation structure to enhance amorphous solid electrolyte interface formation for ultra-stable aqueous zinc anode）为题发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上。该研究成果可广泛应用于涂层、封装、储能、抗腐蚀等领域。

水系锌离子电池（AZIBs）凭借高理论容量、丰富的锌资源以及良好的安全性，成为下一代储能器件的有力候选。然而，锌金属负极面临着不可控的析氢反应（HER）、腐蚀和枝晶生长等问题，这些挑战严重限制了AZIBs的进一步发展与实际应用。

该研究通过添加三氟乙酸锌（ZnCF₃COO₂）添加剂来设计电极液的溶剂化结构，成功地在锌阳极上诱导生成无定形的硫化锌/氟化锌（ZnS/ZnF₂ ）的混合固体电解质界面（SEI）膜，并通过多尺度仿真分析和实验表征结合，阐明了溶剂化结构调节诱导SEI形成的内在机制。研究显示，该SEI促进了锌的均匀镀层、增强了离子传输动力学并抑制了枝晶生长。锌锌（Zn||Zn）对称电池成功实现超6个月的稳定循环，并在高放电深度（DOD，电流密度60 mA cm^-2）下运行超过180小时。这项研究阐明了溶剂化结构工程在解决锌阳极枝晶关键问题方面的潜力，为推进电解质策略在相关领域应用提供了新思路。

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图1 溶剂化结构

图2 锌阳极表征

图3 锌电镀行为表征与能级计算

图4 多尺度仿真模拟

图5 锌枝晶形貌表征

图6 性能测试

哈工大为论文第一单位。哈工大材料结构精密焊接与连接全国重点实验室、郑州研究院田艳红教授、孙卿副研究员，深圳校区慈立杰教授，西班牙加泰罗尼亚能源研究所安德鲁·卡伯特教授（A. Cabot）为论文通讯作者。孙卿副研究员、加泰罗尼亚能源研究所博士后曾桂芳为论文共同第一作者。

该研究受到河南省青年科学家专项资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1039/D4EE03750B