我室无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、朱凯月研究员团队在水系锌离子电池金属负极研究中取得新进展。团队利用阴离子表面活性剂增强了电极界面对锌离子的吸附，实现了高Zn(002)取向的无枝晶锌负极。此外，团队提出了以电极/电解液界面处静电吸附强度作为电解液添加剂的初步筛选标准。
水系锌离子电池具有安全性高、成本低、离子电导率高、稳定性好等优点，在大规模储能方面有着广阔的应用前景。但是，金属锌负极在循环的过程中存在枝晶、腐蚀、析氢等问题，其中枝晶问题会导致电池短路失效，同时伴随一定的安全隐患，限制了水系锌离子电池的发展。
本工作中，团队提出增强电极界面处静电吸附的策略，利用廉价的阴离子表面活性剂（例如十二烷基苯磺酸钠）在电极界面处的自发排列特性，构建了一层带负电的分子吸附层；通过十二烷基苯磺酸根离子层与带正电荷的锌离子之间的静电吸附，增强锌离子沉积过程中的二维扩散，实现致密沉积。研究发现，由于致密沉积的特性，以及阴离子表面活性剂在剥离过程中的作用，使得电极在循环的过程中，Zn(002)晶面取向不断增强，平整度逐渐增加，存在电极自优化的过程。此外，团队根据界面处静电吸附的强弱，利用电极活性面积变化率作为桥梁，提出了锌离子沉积过程中的瞬时形核模型，以及连续形核模型，用于解释目前存在的两种典型对称电池曲线，理论结果与实际曲线一致，验证了两种模型的有效性。最后，根据增强静电吸附的策略及提出的连续形核模型，团队进一步筛选出了两种阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠、月桂亚氨基二丙酸二钠），证实了增强界面静电吸附以及模型的普适性。
相关成果以“Highly 002-Oriented Dendrite-Free Anode Achieved by Enhanced Interfacial Electrostatic Adsorption for Aqueous Zinc-Ion Batteries”为题，于近日发表在《美国化学学会-纳米》（ACS Nano）上。该工作的第一作者是504组博士研究生谢威立。上述工作得到了国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、大连化物所创新基金等项目的资助。（文/图 谢威立、朱凯月）
文章链接： https://doi.org/10.1021/acsnano.4c04181
