中南大学唐有根-王海燕团队在锌能源界面调控领域取得重要进展

近日，Nature Communications正式刊发了我校化学化工学院唐有根-王海燕团队在锌能源界面调控领域的最新研究成果（Revealing the role of crystal orientation of protective layers for stable zinc anode，2020，11，3961），该论文揭示了金属电极表面保护层晶体取向对亲锌性的关键作用机制。这是该团队继2019，2020年先后发表锌能源界面调控论文（Angew Chem Int Ed., 2019, 131,15988；Angew Chem Int Ed., 2020, 59, 13180）后的又一重要成果。中南大学化学化工学院为论文唯一通讯单位，2017级博士生张旗为第一作者，王海燕老师为唯一通讯作者。

实现更高的能量密度是下一代电池主要的发展趋势。锂（Li）、钠（Na）和锌（Zn）等金属负极具有较高的理论容量和较低的电化学电位，被认为是最有希望满足这一要求的材料。然而，在反复充放电过程中，枝晶的形成严重影响了负极的电化学性能。金属枝晶容易从负极本体上脱落，新暴露的金属会与电解液发生反应，导致库仑效率降低。更严重的是，隔膜可能被连续生长的枝晶所刺穿，直接导致电池短路。因此，解决这一问题对金属负极的产业化应用具有重要意义。

鉴于此，该团队通过在商业化锌箔上涂覆高度暴露(0 0 1)面的TiO₂保护层，可以制备出没有外部枝晶生长的高性能锌负极。受益于TiO₂的特定晶体取向以及对锌吸附的排斥作用，在电场作用下的锌离子在负极表面富集。因此，增加的界面锌离子浓度可以诱导均匀的形核，并进一步引导锌的横向生长。所制备的锌负极具有出色的剥离和沉积性能，且具有很长的工作寿命（在1 mA cm^-2下，1 mAh cm^-2时为460 h）。更重要的是，通过调整晶面的暴露来改变亲锌性的策略可以深入了解亲金属性的内部机制，并且可以扩展到其他金属负极的界面改性。

此工作获得了国家自然科学基金项目（21975289），湖南省科技重大专项（2017GK1040），湖南省重点研发计划项目（2019GK2033），湖南省科技计划项目（2017TP1001），湖南省杰出青年基金，湖湘青年英才和中南大学“升华育英计划”等基金和人才项目的支持。