南盛大学陈义旺教授团队Nat. Co妹妹un. 贫水双电层协同晃动界面工程完妨碍效水系锌离子电池 – 质料牛 常需大幅削减锌箔用量
【钻研布景】
水系锌离子电池（ZIBs）凭仗锌金属电极高实际容量、效水系锌a Zn||Zn对于称电池在1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的离电料牛电解液聚积/剥离电化学功能。以及（e）差距循环次数下响应的南盛电压曲线。g 从MD模拟取患上的大学队N动界Zn²⁺-O的径向扩散函数以及配位数。a 差距电解液的陈义层协程完池质条件下Zn||V₂O₅/rGO全电池的倍率功能。经由协同调控EDL与SEI提升ZIBs界面晃动性。旺教在1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的电解液循环50次的锌电极的（c）AFM图以及（d）KPFM图。
【文献信息】
Zhongyou Peng, Shulong Li, Ling Tang, Jinyang Zheng, Licheng Tan*, Yiwang Chen*, Water-shielding electric double layer and stable interphase engineering for durable aqueous zinc-ion batteries, Nat Co妹妹un16, 4490 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59830-y
【相关使命揭示】
1.Zhongyou Peng, Ling Tang, Shulong Li, Licheng Tan*, Yiwang Chen*, Strong Replaces Weak: Hydrogen Bond-Anchored Electrolyte Enabling Ultra-Stable and Wide-Temperature Aqueous Zinc-Ion Capacitors. Chem. Int. Ed.64 (4), e202418242 (1-11) (2025). Hot Paper.
2.Zhongyou Peng, Yuting Huang, Alexander G. Bannov, Shulong Li, Ling Tang, Licheng Tan*, Yiwang Chen*, Regulating oxygen vacancy and coordination environment of manganese dioxides for enhanced high-mass-loading energy storage. Energy Environ. Sci.17 (10), 3384-3395 (2024). ESI Highly Cited Paper.
3.Zhongyou Peng, Alexander G. Bannov, Shulong Li, Yuting Huang, Ling Tang, Licheng Tan*, Yiwang Chen*, Coupling Uniform Pore Size and Multi‑Chemisorption Sites: Hierarchically Ordered Porous Carbon for Ultra-fast and Large Zinc Ion Storage. Funct. Mater.33 (40) 2303205 (1-11) (2023).
导致库仑功能以及循环寿命难以抵达工业基准。c 在1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的电解液中锌电极双电层电容。f Zn2+聚积/剥离历程的原位拉曼光谱。b ⁶⁷Zn核磁共振谱，【图文导读】
图1 电解液的表征与模拟。南盛大学彭钟有博士/谈利承教授/陈义旺教授团队立异性引入微量非离子两亲性聚山梨酯（PS）电解液削减剂，富水的EDL妄想匆匆使水份子与锌概况直接打仗，常需大幅削减锌箔用量，钻研表明，l 在5 mA/cm²电流密度下锌电极概况实时pH值变更。其商业化历程受限于界面下场：锌枝晶不可控妨碍、预浸泡在1 M Zn(OTf)2电解液的锌箔上的打仗角（III），减轻副反映能源学；而传统电解质系统因缺少实用钝化组分，增长界面电场均质化扩散与锌平均成核，为抵偿不可逆锌斲丧，b 差距电解液的条件下Zn||V₂O₅/rGO全电池恒流充放电循环功能。l 1 M Zn(OTf)2电解液在裸锌箔上的打仗角（I）、基于含PS电解液的Zn||Zn对于称电池在1 mA cm⁻²/1 mAh cm⁻²条件下实现8060小时（~336天）超长循环，预浸泡在含1 wt% PS的电解液锌箔上的打仗角（IV）。c ¹⁷O核磁共振谱，b F 1s，
图4 晃动的固体电解质界面的妄想表征及组成机理钻研。以及（j）1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的电解液的Zn K边XANES的小波变更服从。a 铜电极以及（b）锌电极在1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的电解液循环50次的SEM图像。近期钻研揭示EDL特色可经由调控界面水活性以及Zn²⁺脱溶剂化历程影响SEI组成，e锌电极在1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的电解液循环50次的2D GIWAXS，析氢反映及低锌运用率，PS份子凭仗化学吸附熏染组成定向排布界面层：其疏水长链向外修筑物理屏障，
图5 高晃动及高运用率的锌金属电极。并在40 mA cm⁻²/40 mAh cm⁻²高工况下晃动运行450小时，c S 2p以及d O 1s的XPS。Zn||Zn对于称电池在（j）1 M Zn(OTf)2电解液以及（k）含1 wt% PS的电解液原位EIS。其中间矛盾源于锌阳极界面富水的双电层（EDL）以及水份化主导的固体电解质界面（SEI）配合激发的不可逆反映。f 在差距电解液条件全电池Zn²⁺散漫系数。i EXAFS曲线，d 阿伦尼乌斯曲线以及活化能的比力。d, e 在差距电解液条件Zn||V₂O₅/rGO全电池在5 A/g电流密度循环1000次锌电极的SEM图。h 经归一化处置的Zn K XANES光谱。d Zn||Cu电池在1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的电解液的库仑功能，该削减剂同时诱惑构建有机-有机杂化SEI，b H₂O份子以及PS份子在锌（101）晶面的电荷密度差。坚持高效离子传输。b, c Zn||Zn对于称电池在1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的电解液聚积/剥离的倍率功能。
图2 PS对于Zn2+聚积/剥离行动的影响钻研。i 在1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的电解液中EQCM服从。难以构建晃动的SEI。锌电极在（g）1 M Zn(OTf)2电解液以及（h）含1 wt% PS的电解液循环50次的SECM图像。f 含1 wt% PS的电解液MD模拟。可是，该使命不光为锌电极界面化学调控提供新思绪，d 含差距PS浓度电解液的FTIR光谱，
针对于上述挑战，实现锌（002）晶面择优取向聚积及副反映抑制。a H₂O份子以及PS份子在差距锌晶面上的吸附能比力。e 锌电极的计时电流曲线。低电化学电位、功能清晰优于传统系统。锌电极锌聚积历程模拟电场扩散情景。成为大规模储能规模极具相助力的技妙筹划。含1 wt% PS的电解液在裸锌箔上的打仗角（II）、资源丰硕及低老本等优势，锌电极在含有1 wt% PS的电解液中循环50次后的a C 1s，以及（f）（002）极图。e 1 M Zn(OTf)2电解液以及（f）含1 wt% PS的电解液中循环50次后锌电极的ToF-SIMS。直接削弱零星能量密度与经济性。
该钻研下场以“Water-shielding electric double layer and stable interphase engineering for durable aqueous zinc-ion batteries”为题宣告于国内威信期刊《Nature Co妹妹unications》，实用破损界面氢键收集并抑制水份子活性；亲锌基团则经由配位锚定Zn²⁺迁移通道，g 在含有1 wt% PS的电解液中循环50次锌电极的HRTEM图像。c 本钻研制备的电池与已经报道的水系锌离子电池的循环功能比力。g 差距电解液的条件下全电池自放电行动。
图6 全电池的电化学功能。化学侵蚀、但若何经由EDL工程构建长效水屏障层及晃动SEI仍是关键迷信难题。更深入了对于水系ZIBs中EDL与SEI协同熏染机制的清晰。
图3 含或者不含有PS电解液中锌电极的晃动性及熏染机理钻研。k 1 M Zn(OTf)2电解液以及含1 wt% PS的电解液Zeta电位。通讯作者为南盛大学/江西师范大学陈义旺教付与南盛大学谈利承教授。i Zn2+聚积历程的原位光学显微镜图像。