以地球上豐富的多價(jià)金屬為基礎(chǔ)的二次電池為高能量密度和潛在的低成本電力存儲提供了新的途徑。然而，到目前為止，電池在充電過程中所發(fā)生的無序的金屬結(jié)晶，會導(dǎo)致金屬負(fù)極存在低的可逆性，這仍然是金屬電池進(jìn)行深度循環(huán)與實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)基本挑戰(zhàn)。

浙江大學(xué)陸盈盈、康乃爾大學(xué)Lynden A. Archer等人將g-C₃N₄納米片分散在電解液中，通過形成人工動態(tài)界面，可以實(shí)現(xiàn)高密度(空間致密性達(dá)~100%)和垂直排列的Zn電沉積，為實(shí)現(xiàn)金屬鍍層的有序組裝和負(fù)極的高度可逆性提供了一種通用策略。g-C₃N₄納米片具有很高的晶體匹配度，可以在沉積/剝離過程中動態(tài)吸附/脫附在Zn的(0002)面上。原位定量實(shí)驗(yàn)表明，有序鋅沉積使得每圈循環(huán)內(nèi)Zn的消耗量明顯減少，副產(chǎn)物的積累也明顯減少。

這些優(yōu)點(diǎn)使水系Zn金屬電池(AZMB)具有前所未有的Zn高度可逆性(~99.8%)、高的累積容量(2520 mAh cm^-2)、高達(dá)20 mAh cm^-2的面積容量。據(jù)報(bào)道，同樣的概念也可使致密的Mg和Al在電沉積時(shí)均勻生長，從而為其他高能量密度的金屬電池的發(fā)展提供了思路。相關(guān)工作以Dynamic interphase–mediated assembly for deep cycling metal batteries為題在Science Advances上發(fā)表論文。

圖1 高密度與垂直排列的Zn電沉積

圖2 在電場作用下形成取向界面和Zn電沉積

圖3 動態(tài)界面介導(dǎo)的Zn負(fù)極循環(huán)

圖4 動態(tài)界面介導(dǎo)的實(shí)用鋅金屬電池的電化學(xué)性能

綜上所述，本文開發(fā)了一種動態(tài)界面策略，以促進(jìn)深度循環(huán)條件下金屬鍍層的有序組裝。以Zn負(fù)極為例，在深度循環(huán)條件(6 ~ 20 mAh cm^-2)下，通過人工界面的動態(tài)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)高度可逆的Zn沉積/剝離(>99.8%)。研究發(fā)現(xiàn)，選擇性晶面上的人工界面可以促進(jìn)Zn沉積，阻礙與電解質(zhì)相關(guān)的界面副反應(yīng)的發(fā)生。此外，本文還將動態(tài)界面概念擴(kuò)展到其他多價(jià)金屬電池中，如實(shí)現(xiàn)Mg和Al的密集沉積，為深度循環(huán)的金屬電池的發(fā)展提供了一條全新的路線。

Dynamic interphase–mediated assembly for deep cycling metal batteries，Science Advances，2021.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl3752

陸盈盈，浙江大學(xué)研究員，博士生導(dǎo)師。2010年6月畢業(yè)于浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位;2014年6月獲得美國康奈爾大學(xué)（Cornell ? University）博士學(xué)位;博士畢業(yè)后在康奈爾大學(xué)和斯坦福大學(xué)（Stanford ? University）從事能源材料領(lǐng)域博士后研究工作。2015年入選國家海外人才引進(jìn)計(jì)劃（青年項(xiàng)目）;于2015年10月全職回浙江大學(xué)工作。

獨(dú)立工作以來，發(fā)表SCI論文40余篇，引用6300余次，H因子為36。其中以第一/通訊作者在Nat. Mater. 、Sci. Adv.、Nat. Commun. 等期刊上發(fā)表論文32篇，4篇為ESI高被引論文。主持國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金、面上項(xiàng)目2項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃1項(xiàng)（青年首席）；入選中組部“萬人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才、國家科技部中青年領(lǐng)軍人才計(jì)劃。擔(dān)任中國化工學(xué)會儲能工程專委會副秘書長、Wiley旗下Nano Select期刊副主編、《過程工程學(xué)報(bào)》及Green Energy & Environment期刊編委；組織建設(shè)了“浙江省電化學(xué)能源儲存工程創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”、浙江大學(xué)儲能工程研究中心。已授權(quán)國內(nèi)外專利8項(xiàng)，與上海汽車集團(tuán)、浙江浙能技術(shù)研究院、浙江藍(lán)德能源科技等企業(yè)開展研發(fā)合作。獲《麻省理工科技評論》中國區(qū)35歲以下科技創(chuàng)新35人、香港求是基金會“求是”杰出青年學(xué)者獎、“侯德榜”化工科學(xué)技術(shù)青年獎，并當(dāng)選第十三屆中華全國青年聯(lián)合會委員。