天津大学「国家杰青」「长江学者」杨全红团队，最新AM

天津大学杨全红团队在Advanced Materials上发表最新研究天津大学化工学院教授、博士生导师杨全红团队在Advanced Materials期刊上发表了题为“Switching Hydrophobic Interface with Ionic Valves for Reversible Zinc Batteries”的最新研究成果。该论文的第一作者为Di Tang和Xinyue Zhang，通讯作者为杨全红、韩大量和翁哲，通讯单位为天津大学。研究背景水系锌电池因其高能量密度、低成本和环境友好性而备受关注。然而，锌负极在电镀过程中容易出现枝晶生长和副反应，这严重限制了电池的性能和循环寿命。虽然疏水界面被证明能有效解决这一问题，但它会阻碍Zn2+与H2O的溶剂化，从而影响离子迁移和电池的可逆性。研究内容针对上述问题，本研究提出了一种通过离子阀控制的疏水界面，以实现锌电池中锌负极在沉积/剥离过程中对界面水分子需求的动态适应。研究团队利用正辛基三甲基溴化铵（C8TAB）作为离子阀，通过电场方向的变化，主动构建和移除疏水界面，从而在锌沉积/剥离过程中实现疏水界面的“开”和“关”状态的切换。离子阀的作用：C8TAB作为离子阀，能够在电场作用下改变其分布状态，从而控制疏水界面的形成与消失。在锌沉积时，电场使C8TAB分子排列成疏水界面，阻止水分子的直接接触；在锌剥离时，电场方向改变，C8TAB分子重新分布，疏水界面消失，允许Zn2+离子的顺利迁移。碳链的影响：研究还探讨了碳链长度对疏水性和Zn2+离子传输的影响。通过调节碳链长度，可以优化离子阀的性能，进一步提高锌负极的循环稳定性和库仑效率。研究成果电化学性能：实验结果表明，使用C8TAB的锌负极在高电流密度和低电流密度下都展现出了超过2000小时的延长循环寿命，并且在20%放电深度下的循环寿命是无C8TAB时的四倍。全电池性能：Zn//ZVO全电池在C8TAB的帮助下也显示出了卓越的循环稳定性，证明了该策略在实际应用中的潜力。图文解读（插入图1至图6，对应论文中的图文内容）图1：展示了在锌沉积/剥离过程中不同疏水界面的示意图，直观呈现了离子阀控制疏水界面的工作原理。图2：详细说明了离子阀作为疏水界面开关的作用机制，包括电场方向变化对C8TAB分子分布的影响。图3：探讨了碳链长度对疏水性的影响，为优化离子阀性能提供了实验依据。图4：展示了碳链对Zn2+离子传输的影响，进一步验证了离子阀策略的有效性。图5：对比了C8TAB/ZnSO4电解液中锌负极的电化学性能，突出了C8TAB对延长循环寿命的贡献。图6：展示了含和不含C8TAB电解液的Zn//ZVO全电池的电化学性能，证明了该策略在实际应用中的优越性。总结与展望本研究成功实现了通过电场触发的离子阀策略构建的自适应疏水界面，满足了锌沉积/剥离过程中对界面水分子需求的逆向需求。C8TAB的使用显著增强了锌的可逆性，并实现了高库仑效率的锌沉积/剥离。此外，Zn//ZVO全电池在C8TAB的帮助下也显示出了卓越的循环稳定性。本工作将为有效的界面设计提供新的指导方针，并为开发低成本和实用的水系锌电池铺平道路。文献信息标题：Switching Hydrophobic Interface with Ionic Valves for Reversible Zinc Batteries期刊：Advanced MaterialsDOI：10.1002/adma.202406071该研究成果不仅为水系锌电池的性能提升提供了新的思路和方法，也为其他类型电池的界面设计提供了有益的借鉴和启示。