我校材料与冶金学院黄俊课题组在国际顶级期刊“Advanced Functional Materials”上发表研究论文

近日，贵州大学材料与冶金学院黄俊副教授课题组在锌离子电池电解质的研究中取得了重要进展，成果以“Synergistic Regulation of Interface Electric Field and Zinc Ion Transport Kinetics via Co-doped ZnO Nanocrystals Additive for Highly Reversible Zinc-Ion Batteries”为题发表在国际顶级期刊“Advanced Functional Materials”（自然指数期刊，影响因子19.9，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，我校硕士研究生张逸菲和刘修德为文章的共同第一作者，贵州大学黄俊副教授、南昌大学袁凯教授和陈义旺教授为共同通讯作者。

锌离子电池（ZIBs）由于其固有的优点，包括高安全性、低成本和丰富的锌资源，被广泛认为是下一代大规模储能系统的候选者。然而，ZIBs的实际应用受到电极-电解质界面热力学不稳定性和动力学限制的阻碍。在锌沉积过程中，尖端诱导的电场极化导致不均匀成核并引发枝晶形成。此外，溶剂化Zn²⁺在电极-电解质界面的高去溶剂化能垒减缓了界面Zn²⁺的传输，由于Zn²⁺消耗和补充之间的不平衡从而导致浓差极化。电极-电解质界面处的热力学不稳定性和动力学限制不仅会导致不均匀的锌沉积，还会引发副反应。因此，调节电极-电解质界面对于高可逆的ZIBs至关重要。

鉴于此，我校黄俊副教授团队提出了一种将电子离域的Co掺杂ZnO（Co-ZnO）纳米晶作为多功能添加剂加入到ZnSO₄电解液中的电解液工程。Co-ZnO纳米晶导电性的增强能够有效地调控界面电场，从而均匀电场分布。同时，Co-ZnO具有丰富的Zn²⁺迁移位点和较强的Zn²⁺吸附能力来调控Zn²⁺的溶剂化结构，其降低的d带中心有效降低了水吸附从而抑制析氢腐蚀，综合调控Zn²⁺的传输动力学。得益于这种协同调控作用，Co-ZnO纳米晶有效地抑制了枝晶生长和副产物生成，缓解了高电流密度下的浓差极化，实现了高可逆的ZIBs。因此，Zn//Zn对称电池在10 mA cm^-2，1 mAh cm^-2的条件下可以稳定循环2700小时以上，即使在50 mA cm^-2的大电流密度下也可以稳定循环12000圈以上。同时，Zn//Cu非对称电池在5 mA cm^-2，1 mAh cm^-2的条件下实现了超过3300小时的稳定循环，平均库伦效率（CE）高达99.73%。组装的Zn//MnO₂全电池也表现出优异的电化学性能。这项工作为协同调控界面电场和Zn²⁺传输动力学来构建高可逆的ZIBs提供了一种通用的策略。

该研究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。