杭州電子科技大學研究生以第一作者在頂級期刊發表重要研究成果

近日，我校材料與環境工程學院2023級研究生董暢、吳鴻波以第一作者身份在國際頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition（德國應用化學）》（IF=16）上發表題為“Multifunctional Molecular Engineering Enables Simultaneously Dendrite-Free and Corrosion-Resistant Zinc-Halogen Batteries”的研究論文，通訊作者為張雪峰教授、楊濤副教授及安徽大學張朝峰教授，杭州電子科技大學為第一署名單位。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202517407

當前，開發高安全、長壽命、低成本的大規模儲能電池技術是支撐“雙碳”戰略和新型電力系統建設的關鍵。水系鋅離子電池（AZIBs）因其高理論容量（820 mAh g-1）、本征安全性、環境友好性和低成本等優勢，被視為極具潛力的下一代儲能技術。然而，鋅負極在實際應用中面臨枝晶生長、析氫反應和腐蝕等關鍵問題，特別是在高放電深度條件下，電池壽命急劇衰減，嚴重制約了其商業化進程。如何在分子層面精準設計電解液添加劑，打破“能量密度-循環壽命”的權衡困境，是領域內亟待解決的核心挑戰。

針對該問題，研究團隊創新性地揭示了循環壽命（CL）與放電深度（DOD）之間的冪律定量模型（N = α × DOD?β），并探究了不同官能團添加劑的“壽命指數（α）-DOD敏感系數（β）”內在關聯規律。基于該模型指導，團隊篩選出同時含有酰胺基（-CONH-）和磺酸基（-SO3-）的多功能分子作為電解液添加劑。實驗結果表明，該添加劑通過“三重協同機制”（化學吸附層構建、溶劑化結構調控、混合SEI膜原位生成），實現了對鋅負極腐蝕、析氫和枝晶生長的同步抑制。基于該策略構筑的鋅對稱電池展現出超過5000小時的超長循環壽命，即使在82%的超高DOD條件下仍可穩定運行550小時以上；鋅||銅非對稱電池在3800次循環中保持99.9%的庫侖效率，性能指標位居國際同類研究前列。

研究團隊進一步探究該添加劑在鋅-鹵素電池體系中的應用潛力，利用磺酸基團對多碘離子的靜電排斥效應，有效抑制了“穿插效應”引發的鋅負極腐蝕。基于ZAS電解液的兩電子鋅-碘電池（2eZIBs）在5 A g-1電流密度下實現超過36000次循環，容量保持率高達90.7%；四電子鋅-碘電池（4eZIBs）達到5000次循環壽命，比容量達250 mAh g-1。此外，該策略在鋅-溴電池（Zn||Br2）體系中同樣展現出優異的循環穩定性（1600次循環下87.3%容量保持率），證明了其廣泛的普適性。團隊還成功制備了柔性軟包電池，在多種極端條件下仍能穩定驅動風扇運轉，為開發實用化、長壽命鋅-鹵素儲能系統提供了新范式。

該成果由我校材料與環境工程學院張雪峰教授團隊領銜完成，團隊在電池界面調控與設計等方向取得了創新成果，已指導多名學生在Energy & Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Functional Materials等國際高水平期刊上發表論文。

轉載 | 杭州電子科技大學