近日，吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室王义展教授课题组在水系锌离子电池研究方面取得新进展。研究成果以“Selective Masking of Active Sites in Zinc Metal via Galvanic Replacement Reaction for Highly Reversible Ah-level Zinc-I2 Batteries”为题，发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。
水系锌离子电池凭借环境友好、安全性高、成本低廉等突出优势，逐渐成为下一代储能技术的重要方向。然而，在实际应用中，锌金属负极仍面临着严重的枝晶生长与腐蚀问题，导致电池容量快速衰减，极大地限制了电池的循环寿命与安全性能。尤其是在高负载和深度放电条件下，锌负极表面的晶界和缺陷位置极易发生严重的副反应，加速负极材料的劣化。因此，有效抑制锌负极的腐蚀与枝晶生长，保障负极长期稳定运行，已成为当前该领域亟待解决的科学难题。
目前，针对锌负极稳定性的改善策略包括优化电解液体系以及负极表面钝化处理等。然而，这些策略通常无法同时解决锌表面活性位点高活性所带来的副反应问题以及电解液界面的亲水性问题，难以从根本上提升锌负极的综合性能。此外，传统的表面钝化方法往往缺乏选择性，对活性位点的抑制效果有限，且易导致界面电阻增加，影响锌离子的传输动力学。开发兼具选择性钝化与界面疏水功能的新型保护层存在挑战。
基于此，该论文提出了一种基于电化学置换反应的超薄疏水磷酸铜膜保护策略。该策略巧妙地利用铜离子较高的氧化还原电位，通过电化学置换选择性地在锌负极的晶界、凸起等高活性位点形成电化学惰性的铜沉积层，从而有效屏蔽了这些易发生腐蚀和枝晶生长的位置。此外，磷酸铜膜表面还具有独特的疏水特性，能够显著降低界面水分子活性，进一步抑制副反应的发生。基于该保护膜的锌负极在10 mA cm-2的电流密度下实现了长达11000圈的稳定循环，库仑效率高达99.98%。此外，还成功构筑了容量高达1.2 Ah的锌-碘软包电池。此项研究为高性能锌负极的设计提供了新的界面调控思路。
论文第一作者为吉林大学物理学院2022级凝聚态物理专业硕士研究生付一帆，通讯作者为吉林大学物理学院王义展教授，大湾区大学赵康宁教授。该工作得到了国家自然科学基金面上项目的资助，吉林省自然科学基金和中央高校基本科研专项资金的大力支持。
论文全文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202500731
