近日，我系王周成教授、梁汉锋副教授课题组在水系锌离子电池负极保护方面取得进展，相关研究成果 “Preferred Orientation of TiN Coatings Enables Stable Zinc Anodes”于近日发表于ACS Energy Letters (DOI:10.1021/acsenergylett.1c02299)。
锌（Zn）金属被认为是一种理想的负极材料，但其在二次电池中的广泛应用仍然面临着许多挑战，主要与Zn的枝晶生长、腐蚀和副反应有关。针对上述问题，该工作通过磁控溅射在Zn负极表面原位覆盖TiN保护涂层，发现涂层晶面对电池性能有显著影响。TiN(200)可有效抑制 Zn枝晶生长和析氢副反应，而TiN(111)则效果较差。更有趣的是，反应的副产物碱式硫酸锌倾向于沿平行于TiN(200)表面的方向水平生长，而在锯齿状TiN(111)表面则倾向于垂直生长。实验结果和理论模拟都验证了两种明显不同的生长行为。进一步研究表明，TiN(200)涂层保护的Zn负极在2 mA/mAh cm−2下稳定循环至少1000 h，远远超过未改性的Zn负极。该工作表明通过保护涂层的晶面调控，可以有效地抑制锌枝晶生长及析氢副反应，同时诱导副产物的生长模式，这为通过金属负极保护层的表面工程来增强锌或其他潜在的多价离子电池性能开辟了一条新的途径。
TiN(200)涂层保护锌负极设计及电化学性能示意图
我系2019级硕士研究生郑加贤与阿卜杜拉国王科技大学Zhen Cao（曹臻）为论文共同第一作者。我系王周成教授、梁汉锋副教授，长春理工大学刘万强教授、阿卜杜拉国王科技大学Husam N. Alshareef教授为论文共同通讯作者。上述工作得到了国家自然科学基金（批准号：22001081、22075236）项目的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02299
供稿人: 郑加贤