南盛大学陈义旺教授团队Nat. Co妹妹un. 贫水双电层协同晃动界面工程完妨碍效水系锌离子电池 – 质料牛 常需大幅削减锌箔用量

h H₂O份子以及PS份子的南盛LUMO及HOMO等值面。b,大学队N动界 c Zn||Zn对于称电池在1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液聚积/剥离的倍率功能。

图4 晃动的固体电解质界面的妄想表征及组成机理钻研。a 差距电解液的旺教条件下Zn||V₂O₅/rGO全电池的倍率功能。a H₂O份子以及PS份子在差距锌晶面上的授团双电吸附能比力。基于含PS电解液的妹妹面工Zn||Zn对于称电池在1 mA cm⁻²/1 mAh cm⁻²条件下实现8060小时（~336天）超长循环，

【图文导读】

图1 电解液的表征与模拟。更深入了对于水系ZIBs中EDL与SEI协同熏染机制的同晃清晰。坚持高效离子传输。妨碍g 从MD模拟取患上的效水系锌Zn²⁺-O的径向扩散函数以及配位数。减轻副反映能源学；而传统电解质系统因缺少实用钝化组分，离电料牛资源丰硕及低老本等优势，南盛经由协同调控EDL与SEI提升ZIBs界面晃动性。大学队N动界g 差距电解液的陈义层协程完池质条件下全电池自放电行动。其商业化历程受限于界面下场：锌枝晶不可控妨碍、旺教h 差距电解液的条件下Zn||V₂O₅/rGO软包电池的循环功能。预浸泡在1 M Zn(OTf)₂电解液的锌箔上的打仗角（III），d, e 在差距电解液条件Zn||V₂O₅/rGO全电池在5 A/g电流密度循环1000次锌电极的SEM图。

【钻研布景】

水系锌离子电池（ZIBs）凭仗锌金属电极高实际容量、e 锌电极的计时电流曲线。c 本钻研制备的电池与已经报道的水系锌离子电池的循环功能比力。以及（e）差距循环次数下响应的电压曲线。常需大幅削减锌箔用量，

图2 PS对于Zn²⁺聚积/剥离行动的影响钻研。c 在1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液中锌电极双电层电容。

针对于上述挑战，f 在差距电解液条件全电池Zn²⁺散漫系数。i EXAFS曲线，低电化学电位、以及（f）（002）极图。通讯作者为南盛大学/江西师范大学陈义旺教付与南盛大学谈利承教授。锌电极锌聚积历程模拟电场扩散情景。并在40 mA cm⁻²/40 mAh cm⁻²高工况下晃动运行450小时，实用破损界面氢键收集并抑制水份子活性；亲锌基团则经由配位锚定Zn²⁺迁移通道，d 阿伦尼乌斯曲线以及活化能的比力。锌电极在含有1 wt% PS的电解液中循环50次后的a C 1s，论文第一作者为南盛大学彭钟有助理钻研员，b ⁶⁷Zn核磁共振谱，b 差距电解液的条件下Zn||V₂O₅/rGO全电池恒流充放电循环功能。h 经归一化处置的Zn K XANES光谱。e 1 M Zn(OTf)₂电解液以及（f）含1 wt% PS的电解液中循环50次后锌电极的ToF-SIMS。导致库仑功能以及循环寿命难以抵达工业基准。b H₂O份子以及PS份子在锌（101）晶面的电荷密度差。

图5 高晃动及高运用率的锌金属电极。f Zn||Zn对于称电池在含有PS削减剂的差距锌盐电解液中循环电化学功能。析氢反映及低锌运用率，钻研表明，但若何经由EDL工程构建长效水屏障层及晃动SEI仍是关键迷信难题。可是，g 在含有1 wt% PS的电解液中循环50次锌电极的HRTEM图像。功能清晰优于传统系统。富水的EDL妄想匆匆使水份子与锌概况直接打仗，难以构建晃动的SEI。a 1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液对于电解液与锌电极界面化学影响的展现图。南盛大学彭钟有博士/谈利承教授/陈义旺教授团队立异性引入微量非离子两亲性聚山梨酯（PS）电解液削减剂，f 含1 wt% PS的电解液MD模拟。PS份子凭仗化学吸附熏染组成定向排布界面层：其疏水长链向外修筑物理屏障，

该钻研下场以“Water-shielding electric double layer and stable interphase engineering for durable aqueous zinc-ion batteries”为题宣告于国内威信期刊《Nature Co妹妹unications》，

【文献信息】

Zhongyou Peng, Shulong Li, Ling Tang, Jinyang Zheng, Licheng Tan*, Yiwang Chen*, Water-shielding electric double layer and stable interphase engineering for durable aqueous zinc-ion batteries, Nat Co妹妹un16, 4490 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59830-y

【相关使命揭示】

1.Zhongyou Peng, Ling Tang, Shulong Li, Licheng Tan*, Yiwang Chen*, Strong Replaces Weak: Hydrogen Bond-Anchored Electrolyte Enabling Ultra-Stable and Wide-Temperature Aqueous Zinc-Ion Capacitors. Chem. Int. Ed.64 (4), e202418242 (1-11) (2025). Hot Paper.

2.Zhongyou Peng, Yuting Huang, Alexander G. Bannov, Shulong Li, Ling Tang, Licheng Tan*, Yiwang Chen*, Regulating oxygen vacancy and coordination environment of manganese dioxides for enhanced high-mass-loading energy storage. Energy Environ. Sci.17 (10), 3384-3395 (2024). ESI Highly Cited Paper.

3.Zhongyou Peng, Alexander G. Bannov, Shulong Li, Yuting Huang, Ling Tang, Licheng Tan*, Yiwang Chen*, Coupling Uniform Pore Size and Multi‑Chemisorption Sites: Hierarchically Ordered Porous Carbon for Ultra-fast and Large Zinc Ion Storage. Funct. Mater.33 (40) 2303205 (1-11) (2023).

a Zn||Zn对于称电池在1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液聚积/剥离电化学功能。f Zn²⁺聚积/剥离历程的原位拉曼光谱。d 含差距PS浓度电解液的FTIR光谱，以及（e）含差距PS浓度电解液的拉曼光谱。l 在5 mA/cm²电流密度下锌电极概况实时pH值变更。c ¹⁷O核磁共振谱，k 1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液Zeta电位。其中间矛盾源于锌阳极界面富水的双电层（EDL）以及水份化主导的固体电解质界面（SEI）配合激发的不可逆反映。b F 1s，以及（j）1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液的Zn K边XANES的小波变更服从。i Zn²⁺聚积历程的原位光学显微镜图像。

图6 全电池的电化学功能。实现锌（002）晶面择优取向聚积及副反映抑制。i 1 M Zn(OTf)₂电解液以及（j）含有1 wt% PS的电解液中，c S 2p以及d O 1s的XPS。成为大规模储能规模极具相助力的技妙筹划。l 1 M Zn(OTf)₂电解液在裸锌箔上的打仗角（I）、d Zn||Cu电池在1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液的库仑功能，i 在1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液中EQCM服从。e锌电极在1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液循环50次的2D GIWAXS，a 铜电极以及（b）锌电极在1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液循环50次的SEM图像。在1 M Zn(OTf)₂电解液以及含1 wt% PS的电解液循环50次的锌电极的（c）AFM图以及（d）KPFM图。预浸泡在含1 wt% PS的电解液锌箔上的打仗角（IV）。g, h本钻研与近期文献中电解液改性策略再循环可逆性方面比力合成。化学侵蚀、该削减剂同时诱惑构建有机-有机杂化SEI，Zn||Zn对于称电池在（j）1 M Zn(OTf)₂电解液以及（k）含1 wt% PS的电解液原位EIS。锌电极在（g）1 M Zn(OTf)₂电解液以及（h）含1 wt% PS的电解液循环50次的SECM图像。增长界面电场均质化扩散与锌平均成核，

图3 含或者不含有PS电解液中锌电极的晃动性及熏染机理钻研。该使命不光为锌电极界面化学调控提供新思绪，g, h Zn²⁺聚积/剥离历程的原位FTIR光谱，含1 wt% PS的电解液在裸锌箔上的打仗角（II）、近期钻研揭示EDL特色可经由调控界面水活性以及Zn²⁺脱溶剂化历程影响SEI组成，为抵偿不可逆锌斲丧，直接削弱零星能量密度与经济性。

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