近日，我院先进材料与能源器件团队在水系锌离子电池研究领域取得新进展。相关工作“Electric field sponge effect of conducting polymer interphases boosts the kinetics and stability of zinc metal anodes”发表在知名期刊《Advanced Energy Materials》，我院硕士研究生王登科为论文第一作者，朱前程博士、张文明教授、化学学院张宁教授为共同通讯作者。
水系锌离子电池（AZIBs）具有低成本、高安全、容量高等优点，被认为是未来新型储能系统的有力竞争者，但水性电解液的使用会导致锌枝晶的生长和副反应的发生，严重制约锌离子电池的商业化进程。构建锌电极和电解质的界面层是提升锌负极稳定性的有效途径之一，其中，聚合物涂层因其良好的界面自适应性已被广泛应用于提升锌负极的循环寿命。导电聚合物区别于一般聚合物，具有传导电子作用，但现有研究对导电聚合物涂层如何有效调控锌沉积行为、延长锌负极寿命的机制尚不清楚。该工作通过电沉积方法在锌负极原位聚合一系列含有共轭π键的导电胶聚合物界面（PEDOT、PANI、PPy）,研究发现，这些导电聚合物的共轭π键在锌沉积过程中由于富集大量电子而呈现电负性，电负性的聚合物界面能通过库伦吸引力加速锌离子迁移并促进锌离子还原反应；在锌剥离过程中，导电聚合物的共轭π键会失去电子而呈现电正性，电正性的聚合物界面促进锌原子氧化反应并通过库伦排斥力加速锌离子往电解液方向迁移。该现象恰恰类似于海绵在外力的作用下对水的吸引和排出，因此，作者将此现象命名为“电场海绵效应”。得益于“电场海绵效应”对锌离子传输动力学的提升，锌电极实现了在超高电流密度下（80 mA cm-2）稳定的锌沉积剥离，Zn@PEDOT负极实现了超过5250小时的寿命。此外，以MnO2作为正极材料的全电池循环寿命超过3000次。该工作揭示了导电聚合物对锌离子传输调控的作用机制，为实现长寿命水系锌离子电池奠定了良好的研究基础。
该研究工作得到了国家自然科学基金项目、河北省青年拔尖项目，河北省自然科学基金项目、河北省留学人员资助项目和河北大学高层次人才启动基金的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202404090
