天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！

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天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！
第一作者：Di Tang，Xinyue Zhang
通讯作者：杨全红，韩大量，翁哲
通讯单位：天津大学
天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！
杨全红，男，博士，第十四届全国政协委员，天津大学化工学院教授，博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者、教育部“长江学者”特聘教授、中组部“万人计划”领军人才、国务院政府津贴获得者、创新人才推进计划“中青年科技创新领军人才” 、获英国碳素学会“The Brian Kelly Award”（2004）。从事碳功能纳米材料和新型储能器件研究，获国家技术发明二等奖（2017）、天津市自然科学奖一等奖（2013，第一完成人）和天津市科技进步奖一等奖（2012，第二完成人）。
天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！
翁哲，天津大学教授，博士生导师。天津大学北洋青年学者。
天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！
韩大量，天津大学化工学院副研究员，硕士生导师。2015年本科毕业于天津大学，2020年于天津大学化工学院获得工学博士学位，师从杨全红教授，主要从事高安全多价金属离子电池相关研究。
论文速览
开发疏水界面被证明能有效解决水系锌电池中锌(Zn)电镀期间的枝晶生长和副反应。然而，这种溶液阻碍了Zn2+与H2O的溶剂化，以及随后在Zn剥离过程中的离子迁移，导致不充分的可逆性。
本论文提出了一种通过离子阀控制的疏水界面，以实现锌（Zn）电池中Zn负极在沉积/剥离过程中对界面水分子需求的动态适应。研究团队利用正辛基三甲基溴化铵（C8TAB）作为离子阀，通过电场方向的变化，主动构建和移除疏水界面，从而在Zn沉积/剥离过程中实现疏水界面的“开”和“关”状态的切换。
这种设计显著提高了Zn负极的循环稳定性和库仑效率，延长了电池的使用寿命。
图文导读
天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！
图1：在Zn沉积/剥离过程中不同疏水界面的示意图。
天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！
图2：离子阀作为疏水界面开关的作用。
天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！
图3：碳链作为离子阀强度调节器对Zn疏水性的影响。
天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！
图4：碳链对Zn2+离子传输的影响。
天津大学杨全红团队AM：可逆锌电池用离子阀切换疏水界面！
图5：C8TAB/ZnSO4电解液中Zn负极的电化学性能。
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图6：含和不含C8TAB电解液的Zn//ZVO全电池的电化学性能。
总结展望
本研究成功实现了通过电场触发的离子阀策略构建的自适应疏水界面，满足了Zn沉积/剥离过程中对界面水分子需求的逆向需求，从而显著增强了Zn的可逆性，并实现了高库仑效率的Zn沉积/剥离。
C8TAB的使用使得Zn负极在高电流密度和低电流密度下都展现出了超过2000 h的延长循环寿命，并且在20%放电深度下是无C8TAB时的四倍。
此外，Zn//ZVO全电池在C8TAB的帮助下也显示出了卓越的循环稳定性。本工作将为有效的界面设计提供新的指导方针，并为开发低成本和实用的AZBs铺平道路。
文献信息
标题：Switching Hydrophobic Interface with Ionic Valves for Reversible Zinc Batteries
期刊：Advanced Materials
DOI：10.1002/adma.202406071

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