近日，齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部郝霄鹏教授团队在材料领域国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》（影响因子24.4）上在线发表了题为“Constructing Compact Hybrid Buffer Interface via Ion Agglomeration Zone Electrolytes for Stable Zn Metal Battery”的研究论文。2022级硕士研究生陈烨菲和香港理工大学博士后何为东为共同第一作者，郝霄鹏教授为通讯作者，齐鲁工业大学（山东省科学院）为唯一通讯单位。
水系锌金属电池因其高能量密度、低成本和安全性备受关注，但其寿命受限于弱酸性电解液中的析氢反应、锌枝晶生长和阴极开裂等问题。这些问题与电极/电解液界面区域的水分解、离子传输以及氢键重塑等过程密切相关。为此，郝霄鹏教授团队开发了一种扩展尺度离子聚集域（EIAZ）电解液，成功构建了稳定的电极-电解液界面。
通过原位无损Raman光谱和理论模拟，研究团队揭示了EIAZ电解液诱导的收敛致密化混合缓冲界面的形成机制。该界面能够阻止H₂O与金属电极的直接接触，抑制界面水分解衍生的系列寄生反应，并改善界面Zn²⁺的浓差极化。此外，EIAZ电解液还实现了锌沉积的晶体学取向优化，平衡了传质过程与金属脱溶剂过程，从而显著提高了金属的循环稳定性和沉积/脱出效率。
采用EIAZ电解液组装的Zn||PANI全电池在10 A g⁻¹的高电流密度下循环3000次后，容量保持率高达74%，库仑效率接近100%。实用性软包电池在250次循环后容量保持率更是达到了99.8%（26.1 mAh）。这些结果表明，EIAZ电解液能够有效抑制副反应并维持电极结构的完整性。该研究成果为高负载、高电流密度场景下的锌电池规模化应用提供了可靠的解决方案。
图1 离子聚集域电解液调节金属/电解液界面反应选择性，实现储能器件性能提升
该研究得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者工程和齐鲁工业大学（山东省科学院）科教产项目的支持。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202405738
