近日，suncitygroup太阳集团能源胶体与界面化学团队在《Advanced Science》上发表题为“Cation-Engineered Gradient Interfacial Structure toward Dendrite-Free and Shuttle-Free Aqueous Zn-Iodine Batteries”的研究论文。该研究提出了一种“双电层（EDL）定向调节”策略，利用两亲性乙酰胆碱阳离子（ACh）在电极-电解质界面构建了疏水-亲水梯度结构，实现了长寿命水系锌-碘电池。

图1  论文发表截图

水系锌-碘电池因其高安全性、环保性和低成本优势成为储能领域的研究热点。然而，锌阳极面临的枝晶生长和由水引发的副反应等问题限制了电池的循环寿命，而电解质中可溶性聚碘化物带来的“穿梭效应”将进一步导致电池容量衰减。针对这一挑战，研究团队提出EDL定向调节策略，选择乙酰胆碱碘化物（AChI）、胆碱碘化物（ChI）和乙基三甲基碘化铵（ETMAI）作为典型界面调节剂进行验证。其中，ACh与锌表面展现出最强的吸附亲和力，通过其不对称静电势分布定向锚定于锌阳极表面，形成独特的疏水-亲水梯度界面结构。

图2 ACh对锌-碘电池的优化机理示意图

实验与理论计算表明，该梯度结构具有双重优化机制：疏水内层有助于构建贫水EDL，减少锌与水的直接接触，从而抑制副反应；亲水外层有利于破坏原有的H2O-H2O结构，抑制水活性并降低Zn2+脱溶剂化能垒。同时，ACh通过选择性吸附促进了Zn2+沿Zn (002)平面优先沉积，其静电屏蔽效应可以进一步均匀界面电场，抑制枝晶生长。当与I2正极结合使用时，ACh与聚碘化物的静电相互作用可以捕获多碘阴离子，抑制穿梭效应。最终AChI组装的半电池锌沉积/剥离过程的库仑效率高达99.82%，Zn-I2全电池在25000次循环后容量衰减率仅为0.000512%每循环，展现出了超长寿命。AChI的多功能界面定向调控，为调节阳极界面化学以及解决锌碘电池的容量衰减难题提供了新思路。

该工作由suncitygroup太阳集团高新培教授、苏龙副研究员与宁德时代21C实验室王瀚森博士合作完成，博士生李佳忆为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金(22362014)的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202509239

撰稿人：苏  龙

审核人：潘福生