研究背景
近年来，锂离子电池因其高稳定性和高容量而被广泛用于工业设备、交通和智能电子设备。锂资源的天然稀缺性以及可燃性等问题促使研究人员探索用于大规模储能的新型储能技术。由于锌的储量丰富和高比容量（820 mAh g-1和5855 mAh cm-3），以及其环境相容性和安全性，水系锌离子电池（AZIBs）备受关注。然而，水系锌离子电池仍然面临重大挑战，包括过量的游离水产生的副反应，非活性副产物在锌金属阳极表面积累，加剧了局部化学腐蚀、析氢和副产物形成等问题，导致库仑效率降低和不可逆的锌消耗。更严重的是Zn阳极上存在的固有缺陷始终导致电场不均匀进而导致锌枝晶的生长会在重复的电化学循环过程中刺穿隔膜，导致不可逆的器件失效。上述问题主要归因于水系锌离子电池中锌的不均匀沉积和活性水分子的分解，从而阻碍了高稳定性的水系锌离子电池的实际应用。
研究内容
鉴于此，贵州大学黄俊特聘教授团队报道了一种多功能磺化酞菁钴电解液添加剂用于修复锌阳极表面电场缺陷和优化锌离子溶剂化结构。研究发现，将多功能磺化酞菁钴（SCP）引入ZnSO4电解质中，显着促进锌阳极的循环可逆性。SCP可以通过物理吸附填充锌阳极表面的固有缺陷，实现修复锌阳极表面电场的缺陷，并调整锌离子的溶剂化结构，以减少循环过程中的副反应。此外，对Zn具有强亲和力的Co元素促进了Zn2+离子的定向沉积。这个过程实现了锌的均匀沉积，有效地防止了枝晶生长刺穿隔膜。因此，含SCP的电解质在1 mAh cm-2/1 mA cm-2下循环寿命高达2710小时，以及99.96%的高库伦效率。在使用SCP/ZnSO4电解质的Zn//MnO2全电池中，表现出优异的循环稳定性（在5 A g-1电流密度下循环3000次后保持77.14%的容量）。这项研究为调节Zn阳极的界面电场缺陷提供了一种直接的解决方案，具有重要的实际应用潜力。
该成果以题为＂Interfacial electric field defect repair engineering enable highly reversible Zn metal anodes＂在SCI一区Top期刊Chemical Engineering Journal（IF:13.3）上发表。贵州大学本科生吴万鹏、硕士研究生杨宋为本文共同第一作者，通讯作者为贵州大学黄俊特聘教授。
图文导读
图1. SCP/ZnSO4电解质的保护机制和溶剂化结构分析
图2. SCP/ZnSO4电解质提高迁移动力学和耐腐蚀性。
图3. SCP/ZnSO4电解质界面电场缺陷修复工程对半电池电化学性能的影响
图4. SCP/ZnSO4电解质界面电场缺陷修复工程对循环后Zn阳极的影响
图5. SCP/ZnSO4电解质对锌沉积行为的影响
图6. SCP/ZnSO4电解质对Zn//MnO2全电池的电化学性能的影响
研究结论
综上所述，本文提出了一种多功能电解质添加剂，通过界面电场缺陷修复工程有效抑制电极腐蚀、枝晶生长和副产物的产生。在SCP/ZnSO4电解质中，可视化了Zn沉积的演变，还详细分析了Zn阳极在循环过程中的化学成分。根据理论计算和实验结果，SCP中的磺酸基团填充了Zn阳极上的表面缺陷，产生了均匀的电场，同时还与Zn2+配位，促进了锌脱溶剂化过程。同时，Co元素在引导Zn2+的均匀沉积中起着至关重要的作用，从而产生光滑平坦的Zn表面。因此，含有SCP添加剂的ZnSO4电解质在Zn//Zn对称电池稳定循环超过2710小时。此外，使用这种电解质的Zn//Cu不对称电池实现了超过2000次循环，同时保持了99.96%的高度稳定的库伦效率。最后，Zn//MnO2全电池在5 A g-1的高电流密度下循环3000次，同时保留了其77.14%的初始容量。本文提出了一种用于电场缺陷修复工程的添加剂，以增强Zn阳极的可逆性，为改进高性能AZIBs提供了一种有前途的方法。
文献信息
Interfacial electric field defect repair engineering enable highly reversible Zn metal anodes
Wanpeng Wu+, Song Yang+, Qing Wu, Fusheng Luo, Jinlong Zhang, Zeyu Yan, Xiude Liu, Jun Huang*
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164413
【通讯作者简介】
黄俊，博士，特聘教授，贵州大学学科学术带头人，贵州省高层次人才，贵州省教育厅青年科技拔尖人才，博士毕业于南昌大学化学学院，师从国家杰青陈义旺教授。于2021年10月通过贵州大学特区人才引进计划进入贵州大学（特聘教授A岗）。主要从事纳米复合材料的设计合成、性能研究及其在超级电容器、微型超级电容器、锌离子电池中的应用。目前在Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等权威期刊发表SCI论文60余篇（40余篇IF>10，5篇ESI高被引论文，3篇热点论文），申请20余项国家发明专利，主持国家自然科学基金、贵州省教育厅青年科技拔尖人才项目、贵州省科技成果应用及产业化重大项目、贵州省基础研发项目等, 担任Journal of Electrochemistry, Chinese Chemical Letters, Polymer Science & Technology, Energy Materials, Exploration, Wearable Electronics等期刊青年编委。
一审：熊艺蓉
二审：王丽远
三审：刘 剑