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近日，華北電力大學田華軍教授團隊在水系鋅離子電池界面材料研究中取得重要進展，相關研究成果在Nature Communications雜志發(fā)表。

水系鋅離子電池因其安全性高、環(huán)保性好、成本低等優(yōu)點，在電子設備和儲能系統(tǒng)中受到廣泛關注。然而，由于枝晶生長、析氫、固體(金屬負極)/液體(電解液)界面金屬腐蝕等有害副反應引起的鋅負極界面不穩(wěn)定等問題阻礙了水系鋅離子電池大規(guī)模應用。近年來，盡管在抑制水系電池材料界面副反應方面已經取得了一定進展，但在雙陽離子水系電解液體系下電池的離子存儲機制和枝晶形成與抑制機理等仍不清楚。近日，國際知名學術期刊自然通訊Nature Communications雜志發(fā)表了田華軍教授團隊上述研究成果，論文題目“Three-dimensional Zn-based alloys for dendrite-free aqueous Zn battery in dual-cation electrolytes”。華北電力大學為成果完成第一單位，能源動力與機械工程學院田華軍教授為第一作者。

圖為三維結構鋅基合金負極低成本制備與原位光學表征技術研究思路示意圖

田華軍教授團隊創(chuàng)新性地解決了水系鋅電池枝晶生長、析氫和固/液界面腐蝕等科學問題。該研究工作通過一種低成本、快速、通用的合成技術制備了系列具有功能表面結構的三維鋅基合金界面材料，并詳細探討了基于雙陽離子電解液中鋅的沉積/溶解等反應機制。研究結果表明，優(yōu)化后的三維結構鋅基合金負極表面有利于高效調節(jié)鋅沉積/溶解過程的反應動力學。所開發(fā)的界面材料在基于單陽離子和雙陽離子的水系電解質體系中能夠有效抑制負極表面的枝晶生長，助力實現(xiàn)高安全、長循環(huán)、高性能水系鋅離子電池。同時，為了深入了解電池反應動力學，研究團隊開發(fā)并利用了原位光學顯微鏡研究了低電流密度和高電流密度（高達50 mA cm-2）下三維結構鋅基合金負極的形貌演變規(guī)律。這項系統(tǒng)性研究工作極大地增強了對水系電化學體系中雙陽離子插層化學的基本理解，并為探索高性能水系鋅離子電池及其他新型儲能電池體系提供科學指導。

圖為開發(fā)的高性能水系鋅離子電池電化學性能與電極材料表征圖