郭再萍教授EES，新策略使锌沉积电流高达30 mA cm-2

大规模储存太阳能和风能等可再生能源发挥着关键作用以更清洁和可持续的方式使我们的经济脱碳。锂离子电池(LIBs)是目前占主导地位的储能系统，但众所周知的安全问题、高成本、由于有机电解液的昂贵和易燃，潜在的资源问题也出现了电解质和锂钴资源的稀缺性。

发展替代的安全、经济、大规模的储能解决方案已经成为现实越来越紧迫的问题。可充电锌离子电池(RAZB)作为LIBs的补充，具有水溶性电解质的本质安全性和锌金属阳极良好的性能，理论容量高(820 mA h g^-1, 5855 mA h cm^-3)，氧化还原电位低，资源丰富等优点。

尽管这些独特的优点，但由于其较差的循环稳定性和Zn溶解/沉积的低库伦效率，大大阻碍了其实际应用。其中一个解决方案就是构筑稳定的负极SEI，可以用于抑制Zn枝晶生长和Zn负极和水之间的副反应，但它仍然是一个挑战。

近日，伍伦贡大学郭再萍教授、毛剑锋和江苏师范大学王庆红副教授在Energy & Environmental Science发表最新成果，受生物粘附原理的启发，通过多巴胺添加剂的原地电化学聚合工艺，在锌阳极上成功构建了稳定的聚多巴胺SEI。这种原位聚合物SEI具有丰富的功能基团和突出的亲水性，用于调节锌成核，以实现无枝晶的锌沉积，高的锌离子电导率可以用于快速Zn²⁺传输，其强大的粘附力，可以阻断界面副反应。因此，Zn电极具有很高的可逆性，库仑效率为99.5%，稳定性卓越，即使在超高电流密度和面积容量（30 mA cm^-2，30 mA h cm^-2）下也是如此。此外，在贫电解质（9μL mAh^-1）条件下，负极与正极的容量比（~2）较小的条件下，Zn/V₂O₅全电池的寿命可以延长至1000圈。这项工作为水电池化学的SEI设计提供了灵感，并促进了RAZB的实际应用。

图1. 聚合物SEI的形成示意图、Zn的表征和在10 mA cm^-2和30 mA cm^-2下的电池测试

图2. 在Zn上形成的原位聚合物SEI的表征

图3. 聚合物SEI的多功能特性

图4. 聚合物SEI层对锌沉积行为及可逆性的影响

图5. 锌负极在实际条件下的电化学性能

Bio-inspired design of an in-situ multifunctional polymeric solid-electrolyte interphase for Zn metal anode cycling at 30 mA cm^-2 and 30 mA h cm^-2. Energy Environ. Sci., 2021, Accepted Manuscript.

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/EE/D1EE01851E