海洋科学与工程学院史晓东&饶鹏&田新龙教授团队在Small发表热点论文

近日，海洋科学与工程学院史晓东副教授所在团队在纳米能源Top期刊Small (IF=13.0)发表题为“Inorganic electrolyte additive promoting the interfacial stability for durable Zn-ion batteries”的研究论文，该论文入选期刊当期热点话题（Hot Topic: Surfaces and Interfaces）。海南大学张杰硕士和周传聪博士为论文共同第一作者，史晓东副教授、饶鹏副教授和田新龙教授为论文共同通讯作者，海南大学海洋科学与工程学院为唯一通讯单位。

锌金属负极利用效率低和正极材料循环稳定性差的问题严重制约了水系锌离子电池的实际应用。本文重点研究了在硫酸锌电解液中具有独特溶解性的硫酸氧钛（TiOSO₄）作为无机添加剂对于锌离子电池的积极作用。在锌金属负极一侧，TiOSO₄分子的优先吸附有助于建立静电屏蔽层，保证锌的可逆沉积行为；在NH₄V₄O₁₀正极一侧，快速脱溶行为有助于抑制溶剂化H₂O分子引起的侵蚀反应，稳定NH₄V₄O₁₀的晶体结构。实验和理论计算表明，TiOSO₄分子与Zn²⁺离子的结合能强于H₂O分子与Zn²⁺离子的结合能，TiOSO₄分子在锌负极和NH₄V₄O₁₀正极表面的吸附能强于H₂O分子与Zn²⁺离子的吸附能。对于锌负极，TiOSO₄分子与Zn²⁺离子之间较强的结合能可以促进脱溶过程和界面反应动力学，而TiOSO₄分子的优先吸附则有利于构建静电屏蔽层并诱导锌的可逆沉积行为。在NH₄V₄O₁₀正极，水合锌离子的快速脱溶动力学可以抑制溶解水分子与Zn²⁺离子的共嵌入，减少溶解H₂O分子与活性V组分之间的副反应，提高界面反应动力学和正极结构稳定性。得益于此，优选的2 M ZnSO₄+30 mM TiOSO₄电解液，在1 mA cm^-2-1 mAh cm^-2测试条件下，Zn//Zn对称电池具有超过3750 h的长循环稳定性；在5 mA cm^-2-1 mAh cm^-2测试条件下，Zn//Cu不对称电池在1000次循环中具有高沉积/剥离库伦效率（＞99%）。此外，Zn//NH₄V₄O₁₀电池在5 A g^-1电流密度下循环1700圈，能够保持193.8 mAh g^-1的高可逆容量。这项工作预期有助于全面了解无机添加剂的多功能效应，推动无机电解质添加剂在水系锌离子电池中的应用基础研究。

该工作得到了海南大学海洋科技协同创新基金（XTCX2022HYC14）、国家自然科学基金（52274297, 52164028）、海南省院士创新平台（YSPTZX202315）和海南大学高层次人才科研启动基金（KYQD(ZR)-23069, KYQD(ZR)-23169，KYQD(ZR)-20008）的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202404237