近日，贵州大学材料与冶金学院黄俊课题组在水系锌离子电池电解液添加剂的研究中取得了重要进展，成果以“Multifunctional Cellulose Nanocrystals Electrolyte Additive Enable Ultrahigh-Rate and Dendrite-Free Zn Anodes for Rechargeable Aqueous Zinc Batteries”和 “Bridging Electrolyte Bulk and Interfacial Chemistry: Dynamic Protective Strategy Enable Ultra-Long Lifespan Aqueous Zinc Batteries”为题前后发表在国际顶级期刊“Angewandte Chemie International Edition”（影响因子16.1，自然指数期刊，中科院一区TOP期刊）上。我校材料与冶金学院是论文的第一完成单位，我校硕士研究生吴庆为两篇文章的第一作者，贵州大学黄俊特聘教授、谢海波教授和南昌大学陈义旺教授为共同通讯作者。
可充电水系锌离子电池（AZIBs）被认为是下一代大规模储能系统的有力竞争者，但恶劣的配位环境和糟糕的界面化学（析氢反应、腐蚀和枝晶生长）导致其库仑效率低和寿命短，特别是在高电流密度和大面积容量下。尽管现有报道的电解液添加剂在提高锌阳极的倍率能力和循环寿命方面表现出巨大的优势，但在极端条件下（特别是在高电流密度和大面积容量下），表现出相对较差的电化学性能、低可操作性和安全性差，这极大限制了AZIBs的性能水平。
针对以上问题，我校黄俊特聘教授团队开发了纳米级的纤维素纳米晶和甲壳素纳米晶材料，将其用于水系锌电池电解液添加剂，显著提高了水系锌电池的库仑效率和使用寿命。研究发现，得益于纤维素纳米晶和甲壳素纳米晶独特的物理和化学特性，它们可作为快速离子传输的载体，使锌离子通量均匀化，协调锌离子的快速迁移，从而促进锌离子的定向传输以增强其传输动力学。在电化学反应过程中，它们可以在锌阳极表面进行原位组装，有效调节锌的电镀/剥离行为，促进其均匀沉积，大幅抑制了界面副反应的发生和枝晶生长。重要的是，在电镀/剥离过程中，它们可以实现对锌阳极的动态保护，确保锌阳极的高效持续工作。结果表明，只需在水系锌电池电解液中添加少量（< 1%）的纤维素纳米晶或甲壳素纳米晶材料，无论是在扣式电池还是软包电池中都获得了卓越的倍率性能和循环稳定性。这种简单、环保、高效的多功能电解液添加剂工程可以扩展到受动力学迟缓和稳定性差限制的其他金属离子电池中，为开发高效的电化学储能技术提供一条新的途径。
Multifunctional Cellulose Nanocrystals Electrolyte Additive Enable Ultrahigh-Rate and Dendrite-Free Zn Anodes for Rechargeable Aqueous Zinc Batteries（高被引论文）
Bridging Electrolyte Bulk and Interfacial Chemistry: Dynamic Protective Strategy Enable Ultra-Long Lifespan Aqueous Zinc Batteries（封面论文）
以上研究工作得到了国家自然科学基金、贵州省科技厅基金项目、贵州省教育厅基金项目等的资助。
一审：黄彩娟
二审：王丽远
三审：刘 剑