近日，我校材料与环境工程学院2023级研究生董畅、吴鸿波以第一作者身份在国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition（德国应用化学）》（IF=16）上发表题为“Multifunctional Molecular Engineering Enables Simultaneously Dendrite-Free and Corrosion-Resistant Zinc-Halogen Batteries”的研究论文，通讯作者为张雪峰教授、杨涛副教授及安徽大学张朝峰教授，杭州电子科技大学为第一署名单位。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202517407
当前，开发高安全、长寿命、低成本的大规模储能电池技术是支撑“双碳”战略和新型电力系统建设的关键。水系锌离子电池（AZIBs）因其高理论容量（820 mAh g-1）、本征安全性、环境友好性和低成本等优势，被视为极具潜力的下一代储能技术。然而，锌负极在实际应用中面临枝晶生长、析氢反应和腐蚀等关键问题，特别是在高放电深度条件下，电池寿命急剧衰减，严重制约了其商业化进程。如何在分子层面精准设计电解液添加剂，打破“能量密度-循环寿命”的权衡困境，是领域内亟待解决的核心挑战。
针对该问题，研究团队创新性地揭示了循环寿命（CL）与放电深度（DOD）之间的幂律定量模型（N = α × DOD−β），并探究了不同官能团添加剂的“寿命指数（α）-DOD敏感系数（β）”内在关联规律。基于该模型指导，团队筛选出同时含有酰胺基（-CONH-）和磺酸基（-SO3-）的多功能分子作为电解液添加剂。实验结果表明，该添加剂通过“三重协同机制”（化学吸附层构建、溶剂化结构调控、混合SEI膜原位生成），实现了对锌负极腐蚀、析氢和枝晶生长的同步抑制。基于该策略构筑的锌对称电池展现出超过5000小时的超长循环寿命，即使在82%的超高DOD条件下仍可稳定运行550小时以上；锌||铜非对称电池在3800次循环中保持99.9%的库仑效率，性能指标位居国际同类研究前列。
研究团队进一步探究该添加剂在锌-卤素电池体系中的应用潜力，利用磺酸基团对多碘离子的静电排斥效应，有效抑制了“穿插效应”引发的锌负极腐蚀。基于ZAS电解液的两电子锌-碘电池（2eZIBs）在5 A g-1电流密度下实现超过36000次循环，容量保持率高达90.7%；四电子锌-碘电池（4eZIBs）达到5000次循环寿命，比容量达250 mAh g-1。此外，该策略在锌-溴电池（Zn||Br2）体系中同样展现出优异的循环稳定性（1600次循环下87.3%容量保持率），证明了其广泛的普适性。团队还成功制备了柔性软包电池，在多种极端条件下仍能稳定驱动风扇运转，为开发实用化、长寿命锌-卤素储能系统提供了新范式。
该成果由我校材料与环境工程学院张雪峰教授团队领衔完成，团队在电池界面调控与设计等方向取得了创新成果，已指导多名学生在Energy & Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Functional Materials等国际高水平期刊上发表论文。
转载 | 杭州电子科技大学
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