近日，我所能源催化转化全国重点实验室动力电池与系统研究中心（DNL2900组群）陈忠伟院士、窦浩桢研究员团队在水系锌离子电池研究领域取得新进展。团队提出了一种基于π电子离域的添加剂分子筛选策略，解析了添加剂分子结构和界面功能的构-效关系，通过微量功能化有机分子的界面自组装行为，在锌负极表面构筑柔性有机亲疏水平衡界面层（HHIL），有效提升锌负极的界面稳定性与电化学可逆性，为构建高性能水系电池提供了新方案。
水系锌离子电池因其高安全性、低成本和环境友好等优势，被认为是新一代大规模储能领域的重要候选技术之一。然而，锌负极在高倍率、长循环等实际应用条件下，面临析氢副反应、锌枝晶生长等界面问题。
在本工作中，研究团队筛选出具有刚性准平面结构、强π电子离域能力、高正静电势的N-羟基邻苯二甲酰亚胺作为功能性电解质添加剂，利用π-π和离子-偶极相互作用在锌负极表面原位自组装形成HHIL，所构建的HHIL在循环过程中可诱导形成富含ZnS和ZnF2的无机内层，实现柔性分子自组装层-刚性无机内层协同，有效提升Zn2+的沉积可控性，抑制副反应和枝晶生长。
团队利用该体系所构建的Zn//Zn对称电池在大电流密度（20 mA cm-2、10 mAh cm-2）下稳定循环超过900小时；Zn//NVO全电池在10 A g-1下可实现超25,000圈循环，容量保持率达85%。此外，该体系在软包电池中也展现出出色的倍率性能和良好的实用性。
该工作建立了从分子结构调控-界面构建-电池性能提升的全链路机制，为水系锌离子电池的添加剂分子设计与界面调控提供了理论指导和实验验证，有望推动其在高能长寿命储能电池领域的应用进程。
相关研究成果以“Engineering Robust Hydrophilic–Hydrophobic Interface via π-Electron Delocalization for Ultralong-Lived Zinc-Ion Batteries”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的第一作者是我所DNL2900组群联合培养硕士研究生桑玉东。该工作得到中国科学院B类先导专项“能源电催化的动态解析与智能设计”、榆林中科洁净能源创新研究院能源革命科技专项等项目的资助。（文/图 桑玉东）
