近日，我院梁鑫教授團(tuán)隊(duì)杜浩然老師在鋅金屬電池負(fù)極鍍層織構(gòu)調(diào)控方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究工作以“Sustained single-textured zinc electrodeposition via organic-inorganic hybrid molecular design for high-capacity aqueous zinc-metal batteries”為題，發(fā)表于中科院1區(qū)Top期刊《Nano Research》。我院青年教師杜浩然為論文第一作者兼通訊作者，梁鑫教授與華中科技大學(xué)伽龍教授為共同通訊作者，合肥大學(xué)為第一完成單位，2024級(jí)材料與化工專(zhuān)業(yè)碩士研究生張善杰為主要參與人。

水系鋅金屬電池因其高安全性和低成本，在規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，鋅負(fù)極在傳統(tǒng)電解液中的沉積過(guò)程存在嚴(yán)重的晶向隨機(jī)性，加劇了電池循環(huán)過(guò)程中的枝晶問(wèn)題。即使采用現(xiàn)有優(yōu)化策略，鋅鍍層中仍不可避免地混入大量高活性(101)和(100)面暴露的晶粒。這些晶面成核勢(shì)壘更低，且在腐蝕性環(huán)境中會(huì)進(jìn)一步破壞鍍層織構(gòu)的選擇性。因此，如何在反復(fù)充放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定的單一(002)織構(gòu)沉積，一直是該領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化的電解液添加劑分子設(shè)計(jì)策略。所開(kāi)發(fā)出的新型添加劑雙苯磺酰亞胺鎂Mg(BBI)2成功實(shí)現(xiàn)了高度(002)織構(gòu)的鋅沉積，并顯著提升了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。研究團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用微區(qū)納米紅外光譜(Nano-IR)、原位掃描電化學(xué)池顯微鏡(SECCM)等技術(shù)，結(jié)合理論計(jì)算，可視化了添加劑的工作機(jī)理：BBI?優(yōu)先吸附在鋅的(101)和(001)晶面，抑制這些高活性晶面上的鋅沉積動(dòng)力學(xué)，從而引導(dǎo)鋅沿(002)晶面優(yōu)先生長(zhǎng)；同時(shí)，Mg2+重構(gòu)了Zn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)，有效抑制了析氫等副反應(yīng)。得益于陰陽(yáng)離子的協(xié)同作用，鋅電極在對(duì)稱(chēng)電池中實(shí)現(xiàn)了高達(dá)97.9%的(002)相對(duì)織構(gòu)系數(shù)。在全電池循環(huán)1000圈后的鋅負(fù)極仍能保持95.7%的(002)織構(gòu)度。

該研究突破了傳統(tǒng)添加劑功能單一的局限，為高性能水系鋅金屬電池的電解液設(shè)計(jì)提供了全新的分子工程思路。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目、合肥大學(xué)人才科研基金等項(xiàng)目的支持。

論文鏈接: https://doi.org/10.26599/NR.2026.94908661

（撰稿人：杜浩然）