近日，化材院王子奇、李宏岩與北京大學潘鋒團隊合作，以太阳集团app首页為第一通訊單位在能源領域國際期刊ACS Energy Letters（IF=23.991）發表最新研究成果。
水系鋅離子電池因其價格低廉、環境友好、安全性高等衆多優點，特别适合于大規模儲能和可穿戴設備領域，可與锂離子電池應用場景互補。但是，金屬鋅負極較差的可逆性嚴重制約着水系鋅離子電池的實際應用。與金屬锂負極不同，金屬鋅負極在水系電解液中無法形成緻密、穩定的固态電解質界面（SEI）膜。因此，引入人工SEI膜是提高金屬鋅負極可逆性的有效手段。
圖1. ZSB ASEI的制備路徑和設計思路。
本工作中，利用濕化學方法，在金屬鋅負極表面原位構築一層陰離子框架ZSB MOF作為人工SEI膜。ZSB以Zn(II)為配位金屬，以磺酸基對苯二甲酸和聯吡啶為配體。ZSB晶體中的陰離子型一維孔道有助于引導Zn2+的均勻沉積、抑制枝晶生長。同時，孔内平衡Zn2+離子增加了鋅負極表面的Zn2+濃度，促進負極氧化還原反應。此外，DFT計算和XRD實驗表明，ZSB SEI通過聯吡啶配體與鋅負極表面的配位作用緊密相連，能在電池反複充放電中保持結構完整、發揮穩定作用。電化學測試中，ZSB SEI改性的鋅負極沉積剝離循環壽命可達5700小時，庫倫效率、離子遷移數和電極反應動力學性能顯著提升。最後，将該負極與釩氧化物正極組裝成全電池并進行了充放電循環測試。在10 A g-1的大電流密度下，電池的可逆容量可維持在200 mAh g-1以上；2000個循環内，容量衰減率僅為0.11‰每圈。MOFs材料的孔道結構與化學功能豐富、調控上限高，在電化學儲能領域具備較高的研究價值與應用潛力。
圖2. 金屬鋅負極修飾SEI膜前後的電化學性能對比
本工作受到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金以及廣東省功能配位超分子材料及應用重點實驗室開放基金的資助。
原文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c01958
