近日，我校化学学院兰亚乾教授团队在水系锌金属电池的人工涂层领域取得了重要研究进展，相关成果在化学顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Integrated Micro Space Electrostatic Field in Aqueous Zn-Ion Battery: Scalable Electrospray Fabrication of Porous Crystalline Anode Coating”的研究论文（Angewandte Chemie International Edition, 2023, DOI: 10.1002/anie.202300125）。我校是该论文的唯一完成单位，论文第一作者为我校化学学院2021级博士生郭璨，这也是郭璨以第一作者在该期刊发表的第3篇研究论文。该研究受到了国家自然科学基金等项目的支持。
为满足大规模高安全商业化储能系统的开发需求，水系锌离子电池因其环境友好、安全性高以及理论容量高等优势成为极具前景的储能体系。然而，水系锌金属电池的发展受到枝晶生长严重和析氢腐蚀等问题困扰。究其根本大都是由于空间电场分布不均而造成的。人工涂层作为人工保护层的一种，具有适应性强、操作简单的特点可以在调控局部离子浓度和通量的同时显著抑制枝晶生长带来的体积膨胀。但是，传统的人工涂层普遍存在功能单一、孔隙率差以及很难适应大规模生产的工业需求，且针对传统的人工涂层的研究大都停留在物理阻挡溶剂分子对于枝晶的抑制效果，很少有工作涉及均匀空间电场的构建。因此，发展一种普适性策略制备多功能、高性能、适合大规模工业化应用且具有空间场效应的人工涂层显得尤为重要。
插图表示 Zn-COF@Zn负极的结构设计及机理阐明。（a）纯锌表面上锌沉积过程的示意图。（b, c）Zn-COF@Zn表面上的锌沉积过程示意图。
该工作中，研究人员结合双金属簇构建的COFs材料的优点，使得制备得到的电极保护层具有出色的孔隙率、浸润性和均匀的集成微空间静电场等，进而表现出均匀的离子通量和较低的成核过电势、良好的析氢抑制作用以及优异的动力学性能。与纯锌箔电极相比，该改性后的锌金属负极表现出良好的循环稳定性和均匀锌沉积的能力（20 mA cm-2，10000次循环）、极低的成核过电势（~72.8 mV）。这项工作为COFs构建的空间电场在水系锌金属电池中的应用和探索提供了新的策略，同时也为大规模工业化生产人工保护层提供可行的办法。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202300125
课题组主页：http://www.yqlangroup.com
作者/通讯员:化学学院 | 来源:化学学院 | 编辑:卢嘉裕
