水系鋅離子電池作為一種新興的儲(chǔ)能技術(shù)，具有安全性高、價(jià)格低廉、能量密度高、環(huán)境友好、易制造等優(yōu)點(diǎn)，在規(guī)模化儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而，水系電解質(zhì)中鋅沉積的動(dòng)力學(xué)較快，沉積的金屬鋅通常呈現(xiàn)疏松、不均勻的特點(diǎn)，在深度放電時(shí)疏松的金屬鋅易脫落，變成“死鋅”，最終造成金屬鋅負(fù)極的實(shí)際利用率較低。此外，在微酸性電解液中，析氫和自發(fā)的鋅腐蝕會(huì)進(jìn)一步降低鋅負(fù)極得庫倫效率和能量效率（圖1），造成水系鋅離子電池循環(huán)壽命短、能量密度低等問題。
圖1. 水系鋅離子電池面臨挑戰(zhàn)
針對(duì)以上問題，楊應(yīng)奎教授等提出了宿主設(shè)計(jì)的新思想（圖2）。利用親鋅的三維結(jié)構(gòu)調(diào)控金屬鋅的沉積/溶解行為，抑制枝晶生長；利用功能化界面選擇性傳導(dǎo)鋅離子并屏蔽水分子，抑制腐蝕和析氫等副反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)金屬鋅負(fù)極循環(huán)壽命、庫倫效率以及能量效率的大幅度提高。
圖2. 金屬鋅負(fù)極宿主設(shè)計(jì)思路
第一作者簡介：朱云海教授2022年10月加入國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要從事電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件系統(tǒng)的研究，聚焦金屬負(fù)極保護(hù)、高性能電解液研制和纖維基電池設(shè)計(jì)開發(fā)。迄今，以第一/通訊作者發(fā)表SCI收錄論文17篇，包括：1篇Nature子刊（Nature Reviews Chemistry，IF 36.3）、4篇Cell姊妹刊（2篇Joule，IF 39.8；1篇Chem，IF 23.5；1篇Matter，IF 18.9）、2篇Advanced Materials（IF 29.4）、2篇Angewandte Chemie International Edition（IF 16.6）、2篇Energy & Environment Science（IF 32.5）、1篇ACS Nano（IF 17.1）、1篇Electrochemical Energy Reviews（IF 31.3）等，ESI高被引/熱點(diǎn)論文4篇。2019年12月博士畢業(yè)以來，主持國家自然科學(xué)基金、中國博士后基金，作為研究骨干參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃；入選湖北省楚天學(xué)者計(jì)劃、武漢英才計(jì)劃，獲吉林省優(yōu)秀博士學(xué)位論文；應(yīng)邀擔(dān)任Battery Energy、EcoEnergy、Nano Material Science等期刊青年編委。
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