湖北大学王浩、桃李课题组，Energy Storage Materials：两性离子表面活性剂重构电解质/锌负极界面

第一作者：桃李，关凯林, 杨蓉

通讯作者：桃李*，MK. Nazeeruddin*, 王浩*

单位：湖北大学

水系锌金属二次电池由于其高安全性、环境友好性、低成本和锌金属负极的高比/体积容量，成为当下后锂离子时代的研究热点。然而，锌负极存在枝晶生长、析氢、腐蚀和副反应等问题，使得电池存在短路和库伦效率降低的隐患，且这些问题大都发生在电解质/锌负极界面。因此，合理设计和重构该界面是稳定锌金属负极的有效方法。

近日，来自 湖北大学的王浩教授、桃李副教授，与瑞士洛桑联邦理工学院MK. Nazeeruddin教授合作 ，在国际知名期刊 Energy Storage Materials 上发表题为 “Dual-protected zinc anodes for long-life aqueous zinc ion battery with bifunctional interface constructed by zwitterionic surfactants” 的文章。不同于传统的添加剂的界面吸附保护策略，该工作通过向电解质中两性离子表面活性剂，在电解质/锌负极界面构建内建电场，调控锌负极表面的电场分布，诱导锌离子的均匀沉积；同时构建疏水界面，抑制枝晶及副产物的生长。这为锌金属负极保护层的界面工程以提升锌金属二次电池或其他潜在的多价离子电池性能提供了一个新的思路。

由于两性离子表面活性剂的分子结构特点，在电解质和锌阳极之间的界面形成一个均匀的内置电场，从而使锌负极表面电场分布更加均匀，使得锌阳极表面的“尖端效应”降低，枝晶生长受到抑制。此外，由于疏水烷基链的长度的不同，不同表面活性剂分子在锌阳极表面的自组装构象不同，从而影响内建电场和对“尖端效应”的抑制作用。

两性离子表面活性剂提供的疏水屏障防止电解液中的水分子与锌负极表面接触，从而抑制ZHS的产生，延长电池循环寿命；且分子中的烷基链的长度至关重要，能够影响添加剂分子在电解质和锌阳极界面的吸附行为及锌离子输运的动力学过程。

得益于两性离子表面活性剂分子构建吸附层的双重保护作用，锌离子电池的寿命大大延长。在20 A g ^-1 条件下，含有添加剂分子的Zn//VO ₂ 全电池在1000次循环后的容量达196.8 mAh g ^-1 ，容量保持率接近100%，远超对照电池。在电流密度为5 A g ^-1 ，循环400次后，含有添加剂的软包装电池的放电容量为247.6 mAh g ^-1 ，而对照软包电池的放电容量则衰减至73.5 mAh ^-1 ，并出现严重的鼓包现象。

Dual-protected zinc anodes for long-life aqueous zinc ion battery with bifunctional interface constructed by zwitterionic surfactants doi:10.1016/j.ensm.2023.102981.

王浩 ，教授，湖北大学二级教授，博士生导师，国际先进材料协会会士（FIAAM），享受国务院政府特殊津贴，湖北省劳动模范、新世纪高层次人才第一层次人选、有突出贡献中青年专家。1989年、1994年获华中科技大学学士和博士学位；1994年-2002年北京大学、香港中文大学博士后；2002年任上海交通大学教授；2005-2010年任湖北省“楚天学者计划”特聘教授；2010年任剑桥大学高级研究员；2005-2019年分别任法国国家科学研究院、德国马普固态研究所、瑞典皇家理工学院、芬兰阿尔托大学、香港中文大学及台湾中山大学访问教授。兼任湖北江城实验室副主任和首席科学家、神经形态器件与类脑芯片湖北省工程研究中心主任，中国仪表功能材料学会副理事长、中国半导体三维集成制造产业联盟副理事长。Materials Focus 、Frontiers in Energy Research、《材料导报》编委。研究方向为能源信息功能材料与微纳器件，获湖北省自然科学二等奖等省部级奖励5项，获授权国际国内发明专利70余项。在Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、InfoMat、SmartMat、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nano Lett.、Nano-Micro Lett.、IEEE EDL等期刊发表论文300余篇，被引用8000余次。

桃李 ，副教授，2005年获合肥工业大学学士学位，2015年获中国科学院博士学位。2019年赴瑞典梅拉达伦大学交流，2022年-2023年于瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）从事博士后工作。主持国家自然科学基金(青年项目)、湖北省自然科学基金(面上项目)、中国科学院光伏与节能材料重点实验室及湖北省铁电压电重点实验室开放课题等，参与973计划重大科学问题导向项目、国家自然基金面上项目等多项国家级项目。主要从事钙钛矿太阳电池、新型储能及存储器件的相关研究，先后以第一作者或通讯作者身份在Adv. Energy Mater.、SmartMat、Nano-Micro Letter、Chem. Eng. J.、Sci. China Mater.、J. Mater. Chem. A、J. Power Sources等杂志发表SCI收录论文20余篇。

关凯林 ，湖北大学硕士研究生。主要研究方向为新能源材料与器件，水系锌基电池电解液、电极材料等。研究兴趣包括储能与转换器件、电化学、离子或金属电池研究等领域。

以王浩教授为课题组长的研究团队，研究方向为能源信息功能材料与微纳器件，包括储能电池与燃料电池、先进存储器与类脑芯片、光电探测器等。团队先后参与承担国家科技重大专项、国家重点研发计划专项、国家自然科学基金（面上、青年、国际交流）项目、湖北省科技重大专项、武汉市科技重大专项等。团队发表论文400余篇，授权国内外发明专利80余项，获湖北省自然科学二等奖等省部级奖励6项。

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