福州大学于岩&杨程凯团队ESM：界面过程控制实现无枝晶锌离子电池

水系锌离子电池中锌金属的界面反应复杂且不稳定，电解质的加速消耗和局部pH的变化容易造成了树状枝晶的快速生长以及副反应发生。这一问题会对电池不可避免的危害，阻碍了锌离子电池的发展。使用电解质添加剂稳定锌金属表面是一种简单有效的方法，因此探索稳定有效的添加剂，以及解决枝晶和副反应问题的基本原理就尤为重要。为加速锌离子电池发展，构建更加有效的添加剂，完善对添加剂作用过程的基本认识是十分重要的。

近日，福州大学材料科学与工程学院于岩（点击查看介绍）、杨程凯（点击查看介绍）团队针对以上问题，通过引入十八冠六醚（18C6）作为电解质添加剂构建电解质体系，研究界面处溶剂化结构与电荷转移模式，构造稳定水系锌离子电池。经研究，在电化学过程中，通过十八冠六醚独特的构型限制效应将Zn²⁺，并吸附在金属锌表面，调节Zn²⁺溶剂化结构，Zn²⁺优先与18C6形成一个独特的稳定的溶剂化结构，沉积均匀，并且提高了溶剂化结构的电导率，使电荷更容易在电极表面转移，副反应减少。

图1. (a) 18C6添加剂机理示意图。(b)不同浓度18C6的极化电压。(c) CV曲线。(d-e)时间电流曲线。(f) Tafel曲线。(g)微分电容曲线。(h) 电荷转移活化能拟合曲线。(i)不同电解质产氢量。图片来源：Energy Storage Materials

通过电化学测试分析，18C6可以与金属离子形成稳定的络合，调节电沉积行为，并抑制析氢。

图2. (a)Zn²⁺的络合能。(b) HOMO-LUMO轨道和带隙。(c-e)径向分布函数和积分曲线。图片来源：Energy Storage Materials

文章利用DFT和AIMD理论计算进行动力学模拟，描述动力学过程。在理论分析的基础上，组装的全电池、锌锌对称电池和锌铜电池均表现优越的性能，说明十八冠六起到了重要作用。

该文章发表在国际知名期刊Energy Storage Materials 上，第一作者为福州大学材料科学与工程学院研究生李睿、李猛超，通讯作者为杨程凯、于岩老师。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Hexaoxacyclooctadecane induced interfacial engineering to achieve dendrite-free Zn ion batteries

Rui Li, Mengchao Li, Yu Chao, Jianqiang Guo, Gui Xu, Borong Li, Zheyuan Liu, Chengkai Yang, Yan Yu

Energy Storage Mater., 2021, DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.015

作者介绍

于岩教授1995年毕业于福州大学化工系硅酸盐工程专业获学士学位，1998年毕业于福州大学化工系化学工程专业获硕士学位，2006年于福州大学材料学院材料学专业获博士学位，1998加入福州大学材料学院开展工作。中国材料学会环境材料分会副主任委员，福建硅酸盐学会理事长，中国机械工程学会工程陶瓷专业委员会常务理事。致力于陶瓷材料、环境功能材料、纳米材料等方面研究。

https://www.x-mol.com/university/faculty/28823 

杨程凯副教授2014年毕业于天津大学理学院化学系，取得学士学位，2019年毕业于北京大学化学与分子工程学院，取得博士学位，并于2019年加入福州大学材料科学与工程学院。致力于电池电化学与第一性原理计算模拟等方面研究。福建硅酸盐学会理事。欢迎广大科学爱好者与同学们来信讨论，邮箱1058360340@qq.com，共同推进电化学理论与实验研究。

https://www.x-mol.com/groups/yang_chengkai