在全球向可持續(xù)能源轉型的背景下，鋅金屬電池(ZMBs)因其高安全性、低成本和環(huán)境友好性，被視為下一代儲能技術的重要候選。然而，高電流密度(> 10 mA cm?2)、高面容量(> 10 mAh cm?2)和高放電深度(DOD > 65%)的極端條件下，鋅負極面臨嚴重的界面不穩(wěn)定性，導致壽命短、效率低，限制了其實際應用。
 

　　針對這一問題，西安交通大學丁書江教授團隊首次揭示了濃差極化是造成極端條件下鋅負極失效的核心因素之一。通過原位數(shù)字全息觀察到，在高電流密度條件下，裸Zn負極界面Zn2?濃度迅速下降，導致嚴重的濃差極化。針對這一挑戰(zhàn)，團隊提出納米流體細菌纖維素(BC)界面修飾策略，通過自驅動離子富集機制(self-driven ion enrichment)，實現(xiàn)Zn2?通量的精準調控，消除濃差極化，改善電極界面離子輸運的非線性行為。基于該策略，BC@Zn負極在100 mA cm?2, 100 mAh cm?2，DOD=90.91%及40 mA cm?2, 40 mAh cm?2，DOD=75.97%的極端條件下分別穩(wěn)定循環(huán)490、1573小時，最高累積容量達62.92 Ah cm?2，遠超現(xiàn)有報道。此外，BC@Zn//I?安時級軟包穩(wěn)定循環(huán)超350圈，容量保持率達91.78%。該策略為高性能鋅金屬電池(ZMBs)的商業(yè)化提供了有效解決方案。
 

　　近日，該研究成果以“Elimination of Concentration Polarization Under Ultra-High Current Density Zinc Deposition by Nanofluid Self-Driven Ion Enrichment”(納米流體自驅動離子富集消除超高電流密度鋅沉積下的濃度極化)為題發(fā)表在國際材料領域權威期刊Advanced Materials(《先進材料》)上，西安交通大學化學學院是論文的唯一通訊單位，論文第一作者為西安交通大學博士生高娜，通訊作者為西安交通大學丁書江教授、高國新副教授和趙洪洋副教授。該工作得到了國家自然科學基金、陜西省高校聯(lián)合重點項目和陜西省秦創(chuàng)原創(chuàng)新人才計劃項目的資助，論文的表征及測試得到了西安交通大學分析測試共享中心和國家儲能技術產教融合創(chuàng)新平臺(中心)的支持。