【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】水系鋅離子電池憑借安全性高、成本低和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是面向大規(guī)模儲(chǔ)能的重要候選體系。然而，金屬鋅負(fù)極在反復(fù)沉積/剝離過程中容易出現(xiàn)不均勻成核、枝晶生長(zhǎng)、析氫和腐蝕等問題，嚴(yán)重影響電池的循環(huán)壽命和安全性。傳統(tǒng)電解液調(diào)控策略主要關(guān)注Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)和電極界面化學(xué)，卻沒有從根本上改變Zn2+抵達(dá)電極表面的傳輸方式。在常規(guī)電解質(zhì)中，Zn2+主要沿電極表面進(jìn)行準(zhǔn)二維側(cè)向擴(kuò)散，局部電場(chǎng)和濃度差異會(huì)導(dǎo)致離子優(yōu)先聚集與不均勻沉積。因此，如何構(gòu)建均勻、連續(xù)的三維Zn2+傳輸通道，是實(shí)現(xiàn)高可逆鋅負(fù)極的關(guān)鍵問題。
 

　　針對(duì)上述問題，西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院郗凱教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)院劉洋洋特聘研究員、中原工學(xué)院先進(jìn)材料研究中心翟黎鵬博士，提出了一種通過晶體通道工程重構(gòu)Zn2+傳輸維度的策略。研究團(tuán)隊(duì)將冠醚功能化的三維互穿共價(jià)有機(jī)框架(CE-COF)引入PVA水凝膠，構(gòu)筑了CE-COF-PVA復(fù)合水凝膠電解質(zhì)。其中，冠醚空腔中的含氧位點(diǎn)能夠選擇性配位Zn2+，部分取代其溶劑化殼層中的水分子；三維互穿的晶態(tài)COF骨架則提供連續(xù)的體相離子遷移通道。該結(jié)構(gòu)將Zn2+傳輸由界面受限的二維側(cè)向擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)轶w相主導(dǎo)的三維通量，從而均化鋅負(fù)極表面的電流和離子濃度分布，實(shí)現(xiàn)均勻鋅沉積。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CE-COF-PVA電解質(zhì)的Zn2+遷移數(shù)達(dá)到0.93。在1 mA cm-2、1 mAh cm-2條件下，Zn||Cu電池循環(huán)350次的平均庫(kù)侖效率達(dá)到98.6%，Zn||Zn對(duì)稱電池穩(wěn)定循環(huán)超過2000小時(shí)。采用NH?V?O??正極組裝的全電池在1 A g-1下循環(huán)3000次后仍保持81.58%的初始容量。該研究提出“離子傳輸維度”這一金屬沉積穩(wěn)定性描述符，為水系鋅電池及其他金屬電池的電解質(zhì)設(shè)計(jì)提供了新的研究思路。
 

　　該研究成果以“通過晶體通道工程重構(gòu)離子傳輸維度以穩(wěn)定鋅負(fù)極”(Reprogramming Ion-Transport Dimensionality via Crystal-Channel Engineering to Stabilize Zinc Anodes)為題，發(fā)表在國(guó)際著名期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院為第一通訊單位，碩士生張孝偉、博士韓點(diǎn)點(diǎn)和碩士生梅澤楷為論文共同第一作者，西安交通大學(xué)郗凱教授、劉洋洋特聘研究員和中原工學(xué)院翟黎鵬副教授為論文共同通訊作者。
 

　　該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金“超越傳統(tǒng)電池體系”重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目及面上項(xiàng)目、秦創(chuàng)原高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才項(xiàng)目、河南省科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才支持計(jì)劃及河南省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助等項(xiàng)目的資助，感謝西安交通大學(xué)國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)耿直老師和西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心的支持和幫助。
 

　　引用：西安交大郗凱團(tuán)隊(duì)在水系鋅離子電池領(lǐng)域取得進(jìn)展 西安交通大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年9月28日】