近期，江南大學化學與材料工程學院劉天西教授團隊在金屬氧化物氣凝膠穩定水系鋅離子電池Zn金屬負極方面的研究取得突破性進展。該團隊在Advanced Energy Materials上發表重要學術論文“Metal Oxide Aerogels: A New Horizon for Stabilizing Anodes in Rechargeable Zinc Metal Batteries（Advanced Energy Materials, 10.1002/aenm.202300331）”，第一作者為碩士研究生史振海，通訊作者為劉天西教授、陳蘇莉副教授、阿卜杜拉國王科技大學Husam N. Alshareef教授和廣東工業大學張文禮教授。
水系鋅離子電池由于其固有的環保、高安全和低成本等優勢，在大規模儲能領域具有巨大的應用潛力。Zn金屬具有高理論比容量（820 mAh g-1），低氧化還原電位(-0.78 V vs SHE)和極豐富的自然儲量等優點而被視為最有前途的水系鋅基電池負極材料。然而，由于商業鋅箔表面的不均勻性，導致Zn負極表面電場不均勻，從而使Zn2+優先沉積在尖端區——“尖端效應”，最終造成鋅枝晶的猖獗生長。此外，界面副反應產生的副產物Zn4SO4(OH)6·xH2O等會嚴重破壞電極表面均勻性，進一步加劇枝晶生長，這將導致Zn負極不可逆的容量損失和壽命衰減，嚴重限制了其商業化應用。劉天西教授團隊提出了采用富氧空位CeO2氣凝膠（VAG-Ce）做界面層穩定Zn金屬負極的新策略，利用其高Zn2+選擇性和高孔隙率的特點，有效解決了枝晶生長和界面副反應問題，實現了Zn負極在高放電深度下的長循環穩定性。一方面，高孔隙率的VAG-Ce界面層作為離子篩可以為Zn2+提供快速的傳輸通道并均勻化界面Zn2+通量，調控Zn2+沉積行為以實現均勻的Zn沉積。另一方面，暴露在VAG-Ce表面的豐富氧空位可以有效捕獲電解液中的SO42-并形成電負性界面層，隨后排斥鋅負極周圍剩余的SO42-陰離子并吸引Zn2+，可以從根本上抑制寄生反應的發生，同時加速Zn2+遷移動力學?；谏鲜鰞瀯荩琕AG-Ce修飾的Zn負極表現出優異的循環穩定性，在1 mA cm-2下具有超過4000小時的長循環穩定性，甚至在85%的高Zn利用率下，在8 mA cm-2電流密度下依然可以穩定循環1200小時以上，實現了Zn負極在超高放電深度下的長循環穩定性。該項研究工作不僅為開發無枝晶和無腐蝕的高穩定性先進Zn金屬負極材料提供了新視野，還將推進氣凝膠材料在水系二次電池領域的應用研究。
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