近日，齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部半导体材料与器件创新团队在材料领域国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》（影响因子24.4）上在线发表了题为“Constructing Compact Hybrid Buffer Interface via Ion Agglomeration Zone Electrolytes for Stable Zn Metal Battery”的研究论文。2022级硕士研究生陈烨菲和香港理工大学博士后何为东为共同第一作者，郝霄鹏教授为通讯作者，齐鲁工业大学（山东省科学院）为唯一通讯单位。

水系锌金属电池因其高能量密度、低成本和安全性备受关注，但其寿命受限于弱酸性电解液中的析氢反应、锌枝晶生长和阴极开裂等问题。这些问题与电极/电解液界面区域的水分解、离子传输以及氢键重塑等过程密切相关。为此，郝霄鹏教授团队开发了一种扩展尺度离子聚集域（EIAZ）电解液，成功构建了稳定的电极-电解液界面。

通过原位无损Raman光谱和理论模拟，研究团队揭示了EIAZ电解液诱导的收敛致密化混合缓冲界面的形成机制。该界面能够阻止H₂O与金属电极的直接接触，抑制界面水分解衍生的系列寄生反应，并改善界面Zn²⁺的浓差极化。此外，EIAZ电解液还实现了锌沉积的晶体学取向优化，平衡了传质过程与金属脱溶剂过程，从而显著提高了金属的循环稳定性和沉积/脱出效率。

采用EIAZ电解液组装的Zn||PANI全电池在10 A·g^-1的高电流密度下循环3000次后，容量保持率高达74%，库仑效率接近100%。实用性软包电池在250次循环后容量保持率更是达到了99.8%（26.1 mA·h）。这些结果表明，EIAZ电解液能够有效抑制副反应并维持电极结构的完整性。该研究成果为高负载、高电流密度场景下的锌电池规模化应用提供了可靠的解决方案。

图1 离子聚集域电解液调节金属/电解液界面反应选择性，实现储能器件性能提升

该研究得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者工程和齐鲁工业大学（山东省科学院）科教产项目的支持。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202405738