近日，中国科学院大连化学物理研究所能源催化转化全国重点实验室动力电池与系统研究部(DNL29)陈忠伟院士、窦浩桢副研究员团队在水系锌离子电池(ZIBs)领域取得新进展。团队提出了动态双电层概念，原位构筑自修复杂化固态电解质界面(SEI)，得到的水系锌离子电池在高载和贫电解液实际工况下具有长循环寿命。该研究为水系电池固态电解质界面设计提供指导，其“动态双电层”概念为理解双电层结构提供新视角。
水系锌离子电池具有高安全性和低成本的优势，在新一代存储电池技术领域应用前景广阔。然而，其实际应用面临析氢反应、化学腐蚀和枝晶生长等挑战。
针对上述挑战，团队开发了双位点吸附添加剂，添加剂分子可动态调整自身分子构型和分布，导致双电层中离子、分子重排，构筑动态双电层。此外，原位和非原位表征表明，动态双电层诱导原位形成自修复杂化固态电解质界面。动态双电层和自修复固态电解质界面的协同作用有效地抑制界面副反应、加速了界面动力学，并调控了Zn2+沉积。
研究发现，Zn//Zn对称电池在42.7%放电深度或50mA/cm高电流密度下展现了500h的高可逆性。Zn//NVO全电池在3A/g下具有10000次循环稳定性和100%的容量保持率，即使在贫电解液(7.5μL/mAh)和高负载(15.26mg/cm2)实际工况下，电池仍具有超过3000次的稳定循环。此外，团队还证明了该电池在低温-30℃仍可稳定运行。
相关研究成果以“Formulating Self-repairing Solid Electrolyte Interface via Dynamic Electric Double Layer for Practical Zinc Ion Batteries”为题，于近日发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie-International Edition)上。该工作的共同第一作者为DNL2900联合培养硕士研究生秦思琪和助理研究员张杰。该工作得到中国科学院B类先导专项“能源电催化的动态解析与智能设计”、榆林中科洁净能源创新研究院联合基金等项目的资助。(文/图 秦思琪)
