水系锌离子电池因其安全性高、环保性好、成本低等优点，在电子设备和储能系统中受到广泛关注。然而，由于枝晶生长、析氢、固体(金属负极)/液体(电解液)界面金属腐蚀等有害副反应引起的锌负极界面不稳定等问题阻碍了水系锌离子电池大规模应用。近年来，尽管在抑制水系电池材料界面副反应方面已经取得了一定进展，但在双阳离子水系电解液体系下电池的离子存储机制和枝晶形成与抑制机理等仍不清楚。12月23日，国际知名学术期刊自然通讯Nature Communications杂志发表了田华军教授团队上述研究成果，论文题目“Three-dimensional Zn-based alloys for dendrite-free aqueous Zn battery in dual-cation electrolytes”。我校为成果完成第一单位，能源动力与机械工程学院田华军教授为第一作者。

图为三维结构锌基合金负极低成本制备与原位光学表征技术研究思路示意图

田华军教授团队创新性地解决了水系锌电池枝晶生长、析氢和固/液界面腐蚀等科学问题。该研究工作通过一种低成本、快速、通用的合成技术制备了系列具有功能表面结构的三维锌基合金界面材料，并详细探讨了基于双阳离子电解液中锌的沉积/溶解等反应机制。研究结果表明，优化后的三维结构锌基合金负极表面有利于高效调节锌沉积/溶解过程的反应动力学。所开发的界面材料在基于单阳离子和双阳离子的水系电解质体系中能够有效抑制负极表面的枝晶生长，助力实现高安全、长循环、高性能水系锌离子电池。同时，为了深入了解电池反应动力学，研究团队开发并利用了原位光学显微镜研究了低电流密度和高电流密度（高达50 mA cm^-2）下三维结构锌基合金负极的形貌演变规律。这项系统性研究工作极大地增强了对水系电化学体系中双阳离子插层化学的基本理解，并为探索高性能水系锌离子电池及其他新型储能电池体系提供科学指导。

图为开发的高性能水系锌离子电池电化学性能与电极材料表征图

论文原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35618-2

初审：田华军

复审：张永生

审核：杜小泽