博士生李尚华在《Acta Phys. -Chim. Sin.》上发表文章

水系锌离子电池具有安全可靠、环境友好、成本低廉等优点，是极具潜力的大规模储能装置。然而，锌金属负极在水系电解液中通常会面临复杂的副反应和不可控的枝晶生长等问题。在锌负极表面构建保护层是抑制副反应和枝晶生长的有效策略，但保护层的使用通常会增加电解质和锌负极之间的界面阻抗，导致Zn²⁺沉积/剥离过程中离子迁移动力学缓慢，电池的过电位增大。因此，开发一种具有高离子迁移动力学的保护层来调节Zn²⁺通量是实现高性能水系锌离子电池稳定运行的关键。

近期，博士研究生李尚华作为第一作者在Acta Physico-Chimica Sinica上发表了题为“High-Stable Aqueous Zinc Metal Anodes Enabled by an Oriented ZnQ Zeolite Protective Layer with Facile Ion Migration Kinetics”的工作。该工作在锌负极表面制备了ZnQ分子筛取向保护层，实现了高离子迁移动力学的稳定锌负极（ZnQ@Zn）的构筑。ZnQ分子筛（BPH拓扑结构）具有平行于c轴的12元环孔道和垂直于c轴的8元环层状孔道，其三维的硅铝酸盐阴离子骨架可以为锌离子传导提供良好的三维传导路径。分子筛孔道中的水分子有助于调控锌离子的配位环境，在提高锌离子迁移动力学的同时有效抑制副反应。此外，ZnQ分子筛在锌负极表面的取向排列（c轴垂直于锌负极表面）能够有效缩短锌离子在锌负极表面的扩散距离，从而降低离子沉积/剥离过电位并抑制锌枝晶的生长。基于ZnQ@Zn电极优异的离子迁移动力学，采用ZnQ@Zn电极组装的对称电池在1 mA∙cm⁻²的电流密度下过电势仅为27 mV，循环寿命长达1100 h。组装的ZnQ@Zn//NaV₃O₈·1.5H₂O全电池也展现出优异的电化学性能，在8 A∙g⁻¹的大电流密度下循环1800次后容量保持率仍高达96%。这项工作为开发具有高离子迁移动力学的稳定锌负极提供了新的思路，进一步拓展了分子筛材料在储能领域中的应用。

相关成果近期发表在Acta Physico-Chimica Sinica期刊能源化学专刊上，文章第一作者为2021级直博生李尚华，通讯作者为于吉红教授和李玛琳助理教授。

Acta Phys. -Chim. Sin.,2024, doi: 10.3866/PKU.WHXB202309003

全文链接：https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB202309003