近日，我校材料学院刘欢副教授课题组在国际工程技术-材料科学领域的著名学术刊物《Advanced Functional Materials》上发表了题为：“Polyhydroxylated Organic Molecular Additives for Durable Aqueous Zinc Battery”的研究论文，该论文深入揭示了多羟基有机分子作为水系电解液添加剂时对锌金属负极的电化学性能提升机制，鉴于该工作的突破性与重要意义，该论文被选定为期刊的封面论文。刘欢副教授为论文第一作者，西安科技大学为论文的第一完成及通讯单位。
水系锌离子电池因具有成本低廉和本征安全性高的优势，是一种新兴的高安全、低成本电化学储能技术，并被认为在大规模电化学储能系统中具有较好的应用潜力。然而，水系锌离子电池在实际应用中受到锌金属负极在水系电解液中可逆性差的制约，存在循环寿命短、易产气等突出问题。在水系电解液中，锌负极的可逆性差主要是由于不可控的锌枝晶形成和析氢副反应所致，该问题将会引发电池膨胀和短路故障等，从而影响电池的正常使用。
基于该难题，刘欢副教授团队提出使用多羟基有机分子（海藻糖分子）作为传统硫酸锌电解液中的添加剂，利用海藻糖分子中丰富的多羟基极性基团和高电子密度以调节水系电解液中锌离子的溶剂化结构，从而有效抑制析氢副反应和锌枝晶的形成，为解决水系锌离子电池所面临的挑战性难题提出了有效解决方法。
海藻糖分子作为水系电解液添加剂时，其多羟基官能团在调控溶剂化结构方面发挥着关键作用，丰富的羟基官能团能参与氢键网络的重构并降低了水分子的活性，因此可有效抑制析氢副反应。此外，多羟基官能团可促进海藻糖分子吸附在锌金属表面，从而形成一层保护界面以阻碍腐蚀反应发生。研究结果表明，通过向2 M ZnSO4电解液中添加适量的海藻糖添加剂（100 mM），可显著提高不同电流密度和沉积量下的锌金属沉积/剥离的可逆性（在5 mA cm-2和1 mAh cm-2条件下循环寿命可达1600余小时，相比传统电解液中的循环性能提升了16倍），该研究工作利用理论计算与原位电化学表征技术深入阐明了海藻糖添加剂在水系电解液中对锌金属负极性能的提升机制，为水系锌离子电池电解液的设计与应用提出了新见解。
该项工作主要由我校材料学院先进储能材料课题组完成，主要实验工作由材料学院2022级硕士研究生辛紫君同学完成，该项研究得到了国家自然科学基金面上项目和西安科技大学优秀青年基金项目的资助支持。
图 海藻糖添加剂在水系电解液中影响锌金属沉积形态形貌表征。
期刊封面
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202309840
期刊信息：《Advanced Functional Materials》，2023IF=19，JCR一区 （16/344，MATERIALS SCIENCE, MULTIDISCIPLINARY in SCIE edition）/中科院一区TOP期刊，Nature Index（自然指数）索引顶级期刊。
