【東大新聞網3月3日電】（通訊員 李鈺瑩）近日，東南大學材料科學與工程學院郭新立教授團隊及合作者在通過介電效應構建自調節型雙電層實現快充鋅負極方面取得重要研究進展，相關研究成果“Constructing Autoregulative Electric Double Layer Through Dielectric Effect Toward Fast Charging Zinc Metal Anode”（《利用介電效應構建自調節型鋅負極界面雙電層以實現水系電池超快充性能》）以東南大學作為第一單位發表于能源材料領域國際權威期刊Advanced Energy Materials。

水系鋅離子電池（AZIBs）在儲能領域備受關注，但是鋅負極表面的鋅枝晶生長、無可避免的產生析氫（HER）、腐蝕等問題，導致電池性能不理想。雙電層（EDL）是鋅離子溶劑化/去溶劑化過程以及Zn/Zn²⁺氧化還原反應發生的場所，因此鋅的沉積/析出行為以及副反應在很大程度上由EDL結構決定。基于上述分析，通過合理調控EDL結構是解決鋅負極所面臨問題的關鍵。在鋅負極上構建人工固體電解質界面（SEI）是調控EDL結構的有效策略。然而，EDL結構與鋅負極性能之間的關系鮮有報道，EDL結構對鋅離子沉積/析出的影響通常被忽視。

在此，該研究團隊設計了一種鈣鈦礦型介電材料ZnTiO₃（ZTO）層，并將其作為鋅負極保護層，以實現具有自調節功能的EDL，從而提高鋅負極的快速充放電能力。ZTO保護層能夠在外加電壓作用下自發產生表面電荷，進而調控EDL結構。通過對EDL的自調節，在鋅沉積/析出電位下，EDL電容分別呈現增加或減少的趨勢，從而促進了鋅離子的溶劑化/去溶劑化過程，實現了快速反應動力學。同時，自調節的EDL結構提供了貧水環境以及均勻電場能夠有效抑制副產物和鋅枝晶的產生。所組裝的ZTO@Zn//AC混合電容器也展現出優異的循環性能，扣式和軟包ZTO@Zn//AC混合電容器在5Ag^-1的電流密度下分別實現了140000次和15000次的循環壽命。

論文第一作者為東南大學材料科學與工程學院博士生李鈺瑩，通訊作者為東南大學郭新立教授、中國科學院大連化學物理研究所陳忠偉院士和羅丹研究員，東南大學為第一通訊單位。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202405804

供稿：材料科學與工程學院

（責任編輯：翟夢杰 審核：李小男）