近日，东南大学郭新立教授团队与中国科学院大连化学物理研究所陈忠伟院士和罗丹研究员合作在通过利用介电效应构建自调节型锌负极界面双电层以实现水系电池超快充性能方面取得重要研究进展，相关研究成果“Constructing Autoregulative Electric Double Layer Through Dielectric Effect Toward Fast Charging Zinc Metal Anode”以东南大学作为第一单位发表于能源材料领域国际权威期刊Advanced Energy Materials。
水系锌离子电池（AZIBs）在储能领域备受关注，但是锌负极表面的锌枝晶生长、无可避免的产生析氢（HER）、腐蚀等问题，导致电池性能不理想。双电层（EDL）是锌离子溶剂化/去溶剂化过程以及Zn/Zn2+氧化还原反应发生的场所，因此锌的沉积/析出行为以及副反应在很大程度上由EDL结构决定。基于上述分析，通过合理调控EDL结构是解决锌负极所面临问题的关键。在锌负极上构建人工固体电解质界面（SEI）是调控EDL结构的有效策略。然而，EDL结构与锌负极性能之间的关系鲜有报道，EDL结构对锌离子沉积/析出的影响通常被忽视。
在此，该研究团队设计了一种钙钛矿型介电材料ZnTiO3（ZTO）层，并将其作为锌负极保护层，以实现具有自调节功能的EDL，从而提高锌负极的快速充放电能力。ZTO保护层能够在外加电压作用下自发产生表面电荷，进而调控EDL结构。通过对EDL的自调节，在锌沉积/析出电位下，EDL电容分别呈现增加或减少的趋势，从而促进了锌离子的溶剂化/去溶剂化过程，实现了快速反应动力学。同时，自调节的EDL结构提供了贫水环境以及均匀电场能够有效抑制副产物和锌枝晶的产生。所组装的ZTO@Zn//AC混合电容器也展现出优异的循环性能，扣式和软包ZTO@Zn//AC混合电容器在5 A g-1的电流密度下分别实现了140 000次和15 000次的循环寿命。
论文第一作者为材料科学与工程学院博士生李钰莹，通讯作者为东南大学郭新立教授、中国科学院大连化学物理研究所陈忠伟院士和罗丹研究员，东南大学为第一通讯单位。
论文链接： https://doi.org/10.1002/aenm.202405804
