水系锌离子电池作为一种新兴的储能技术,具有安全性高、价格低廉、能量密度高、环境友好、易制造等优点,在规模化储能等领域具有良好的应用前景。然而,水系电解质中锌沉积的动力学较快,沉积的金属锌通常呈现疏松、不均匀的特点,在深度放电时疏松的金属锌易脱落,变成“死锌”,最终造成金属锌负极的实际利用率较低。此外,在微酸性电解液中,析氢和自发的锌腐蚀会进一步降低锌负极得库伦效率和能量效率(图1),造成水系锌离子电池循环寿命短、能量密度低等问题。
图1. 水系锌离子电池面临挑战
针对以上问题,杨应奎教授等提出了宿主设计的新思想(图2)。利用亲锌的三维结构调控金属锌的沉积/溶解行为,抑制枝晶生长;利用功能化界面选择性传导锌离子并屏蔽水分子,抑制腐蚀和析氢等副反应,最终实现金属锌负极循环寿命、库伦效率以及能量效率的大幅度提高。
图2. 金属锌负极宿主设计思路
第一作者简介:朱云海教授2022年10月加入国家重点实验室,主要从事电化学储能材料与器件系统的研究,聚焦金属负极保护、高性能电解液研制和纤维基电池设计开发。迄今,以第一/通讯作者发表SCI收录论文17篇,包括:1篇Nature子刊(Nature Reviews Chemistry,IF 36.3)、4篇Cell姊妹刊(2篇Joule,IF 39.8;1篇Chem,IF 23.5;1篇Matter,IF 18.9)、2篇Advanced Materials(IF 29.4)、2篇Angewandte Chemie International Edition(IF 16.6)、2篇Energy & Environment Science(IF 32.5)、1篇ACS Nano(IF 17.1)、1篇Electrochemical Energy Reviews(IF 31.3)等,ESI高被引/热点论文4篇。2019年12月博士毕业以来,主持国家自然科学基金、中国博士后基金,作为研究骨干参与国家重点研发计划;入选湖北省楚天学者计划、武汉英才计划,获吉林省优秀博士学位论文;应邀担任Battery Energy、EcoEnergy、Nano Material Science等期刊青年编委。