近日，学校先进碳基功能材料湖南省重点实验室侯朝辉教授、机械工程学院周苗博士在开发高性能水系锌离子电池关键负极材料中取得新进展，研究成果以“Regulating Preferred Crystal Plane with Modification of Exposed Grain Boundary Toward Stable Zn Anode”为题发表于Advanced Functional Materials杂志（IF18.5，SCI一区TOP期刊，材料科学类JCR排名第一）。我校为该论文的第一完成单位，周苗博士为第一作者和通讯作者，侯朝辉教授和中南大学方国赵教授为共同通讯作者。
因其低成本、安全性高、理论容量较高等优点，水系锌金属电池（ZMBs）在大规模能量存储系统有巨大的应用前景。然而，锌负极在水系电解液中的热力学稳定性较差，容易发生锌枝晶、腐蚀等，是其商业化进程的严重阻碍。金属锌为密排六方结构，其电化学性能受其固有晶体学特征的影响，一方面，不同的晶面（如(100)、(101)、(002)和(103)）在充放电过程中表现出显著不同的电化学活性；另一方面，晶界作为连接金属多晶体中晶粒的基本结构单元，其反应活性较晶粒内部更强，容易引发局部腐蚀，进而影响电池性能。因此，通过调控修饰锌负极的表面结构和晶界特性，实现更稳定的锌沉积和剥离，对于开发高性能ZMBs具有重要意义。
图1谷氨酸的刻蚀行为研究
图2.锌负极电化学性能与表面微观晶面之间的内在机理研究
据悉，该研究采用简单的谷氨酸刻蚀法，选择性蚀刻晶面，一方面，降低了表面能，成功制备了以(002)晶面为主的新型锌负极；另一方面，谷氨酸蚀刻剂中的负电性羰基氧原子与金属锌表面发生反应，形成了界面保护层，可有效修饰Glu@Zn负极表面晶界。基于此，在0.5mA cm-2下，Glu@Zn负极对称电池可稳定运行4400h以上，平均库仑效率高达98.9%；即使在50%的深度放电条件下也能稳定循环超过250小时。此外，与NH4V4O10正极匹配的全电池在0.5 A g-1的低电流密度下，经400个循环后，比容量仍能保持291.6 mAh g-1。鉴于该方法的简单有效性，将有力促进ZMBs锌金属负极的应用研究。
全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202412092
【第一作者介绍】
周苗，湖南理工学院机械工程学院讲师，硕导，科技创新类湖湘青年英才、岳阳市高层次人才、岳阳市科技特派专家、湖南省优秀博士论文获得者。主要从事低成本储能锌/锰/钒基关键电极材料开发、电解液调控及界面电化学反应机制等方面的研究。主持国家自然科学基金青年科学基金项目、湖南省“三尖”（荷尖）创新人才工程项目、中国博士后科学基金面上项目、湖南省教育厅科学研究项目重点项目各1项；参与国家自然科学基金重点项目和面上项目各1项，参与国家重点研发计划子课题项目1项；指导学生获得国家级大学生创业创新项目、省级研究生创新项目各1项。以第一/通讯作者在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Energy Storage Mater.、Chem.Eng.J.、J. Energy Chem.、eScience、中国有色金属学报等国内外期刊发表学术论文12篇，参与发表学术论文21篇；发表的论文曾入选热点论文3篇、ESI高被引论文4篇，单篇最高被引582次（截至2024年8月）；申请专利11项、授权7项。
（初审/王荣荣 复审/李凯 终审/徐丹）
