深圳先進院等在水系鋅離子電池電鍍動力學研究取得新進展
近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心陸子恒助理研究員與香港理工大學張標助理教授協作，對有機配位小分子對水系鋅離子電池的電化學電鍍過程的調控機制進行研究，實現了高效穩定的鋅負極電鍍過程。該成果Tailoring Desolvation Kinetics Enables Stable Zinc Metal Anodes在國際著名期刊Journal of Materials Chemistry A (DOI:10.1039/D0TA06622B，IF: 11.301) 上在線發表。陸子恒助理研究員與張標助理教授為共同通訊作者，深圳先進院研究生李萌虎作為作者參與了工作。
水系鋅離子電池由于其低成本和高安全性，被認為是大型儲能等領域的重要的備選二次電池體系。當前，鋅離子電池中的鋅負極仍然受到低庫倫效率等問題的影響，制約了自身的實際使用。本次研究工作受到傳統電鍍行業絡合劑的啟發，利用乙腈作為絡合劑改變鋅離子的溶劑化結構，從而實現電極電鍍動力學的調控。深圳先進院材料所光子中心電化學團隊在工作中承擔了理論部分，通過基于第一性原理的分子動力學計算發現，在鋅離子的第一溶劑殼層中有至多3個水分子被替換為乙腈分子，由于乙腈對鋅離子有較強的絡合作用，使得鋅離子的去溶劑化過程產生了顯著動力學變化。本工作提出的溶劑化化學調控策略不僅為水系鋅離子電池，更為鋰、鈉金屬等下一代高比能二次電池提供了新研發思路。
深圳先進院光子信息與能源材料研究中心電化學團隊圍繞固態電解質的材料設計、電池電極電解質界面的處理、半固態電池的技術開發等開展了系列研究工作。團隊在兩年時間里取得系列突破，包括聯合在化學領域權威刊物Chemical Reviews發表題為Mobile Ions in Composite Solids（復合物中的離子傳輸）的綜述文章（DOS: 10.1021/acs.chemrev.9b00760，影響因子54.301）。其它工作先后發表在Adv. Energy Mater. 2019, 1901796; Energy Storage Mater. 2020, 28, 146-152; Energy Storage Mater. 2020, 25, 305-312; J. Phys. Chem. C 2020, 124, 13, 6964-6970。該系列研究工作得到了廣東省自然科學基金、深圳市基礎研究項目等科技項目的資助。
有、無乙腈絡合劑時鋅離子的溶劑化結構變化示意圖
