近日，我院赵金保教授/杨阳副教授团队在锌金属电池负极界面调控的研究中取得新进展，相关成果以“Stabilizing Zn/electrolyte Interphasial Chemistry by a Sustained Release Drug Inspired Indium-Chelated Resin Protective Layer for High-Areal-Capacity Zn//V2O5 Batteries”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，并评选为“Hot Paper”（DOI: 10.1002/anie.202405593）。
得益于水系电解质的本征安全性和锌金属负极高容量（820 mAh g-1）、低电位、高丰度等优势，二次水系锌金属电池在下一代大规模储能技术中展现了出色的应用前景。然而，锌/电解质界面相不稳定的化学环境，例如锌电极侧的腐蚀、不可控的锌成核和生长，以及电解质侧离子不均匀输运和有害阴离子的干扰，会引发严重的枝晶生长、析氢反应和惰性副产物堆积，严重损伤锌负极的可逆性。此外，高负载条件下大量溶出的阴离子正极溶解产物（如钒氧化物产生的十聚钒酸根），会穿梭至负极侧引发串扰，进一步增加锌/电解质界面相的不稳定性并加速负极劣化。这一点在现有研究中常常被忽视。
基于此，受缓释药物技术的启发，赵金保教授/杨阳副教授团队在锌负极界面构筑了一层具有铟缓释功能的铟螯合树脂保护层，稳定了锌/电解质界面相的化学环境，以维持高载量Zn//V2O5全电池整个寿命周期内负极上可逆的沉积/剥离过程。在电极侧，铟离子可以从树脂中缓释并在锌负极表面还原。这不仅为锌沉积提供了连续的异质成核位点，而且铟本征的抗析氢催化特性还可以减轻析氢副反应的影响。此外，在电解质侧，锚定的阴离子型树脂基质还可以排斥有害阴离子，如硫酸根离子和正极溶解产生的多钒酸根离子，同时均匀化锌离子传输。这种基于界面相稳定性的协同调节有效地提升了高容量全电池中锌阳极的可逆性，使得锌负极的循环寿命超过2800小时，匹配高载量V2O5正极的全电池可以在3.08的低N/P比的情况下，稳定循环200次，并提供4.79 mAh cm-2的超高面容量。这一工作为实用化锌金属二次电池的开发提供了新的可能性。
该工作在我院赵金保教授、杨阳副教授，和广东工业大学李成超教授的共同指导下完成。我院2022级博士研究生张明浩和2022级硕士研究生李思洋为论文共同第一作者，研究生唐溶、孙晨曦、杨锦、陈冠红、亢元红、吕泽恒以及广东工业大学博士后温志鹏参与并协助工作完成。昆明理工大学李雪教授团队以及研究生杨文豪对本工作部分测试提供了帮助。该论文得到国家自然科学基金（22379125、22109030、22021001、52271204）、中央高校基本科研业务费（20720220073）、云南省重点研发计划项目（202103AA080019）、福建省对外合作项目（2022I0002）等，以及嘉庚创新实验室和固体表面物理化学国家重点实验室的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.20240559
图文来源：https://chem.xmu.edu.cn/info/1274/27834.htm