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天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！

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天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
第一作者：Di Tang，Xinyue Zhang
通訊作者：楊全紅，韓大量，翁哲
通訊單位：天津大學
天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
楊全紅，男，博士，第十四屆全國政協委員，天津大學化工學院教授，博士生導師。國家杰出青年科學基金獲得者、教育部“長江學者”特聘教授、中組部“萬人計劃”領軍人才、國務院政府津貼獲得者、創新人才推進計劃“中青年科技創新領軍人才”?、獲英國碳素學會“The Brian Kelly Award”（2004）。從事碳功能納米材料和新型儲能器件研究，獲國家技術發明二等獎（2017）、天津市自然科學獎一等獎（2013，第一完成人）和天津市科技進步獎一等獎（2012，第二完成人）。
天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
翁哲，天津大學教授，博士生導師。天津大學北洋青年學者。
天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
韓大量，天津大學化工學院副研究員，碩士生導師。2015年本科畢業于天津大學，2020年于天津大學化工學院獲得工學博士學位，師從楊全紅教授，主要從事高安全多價金屬離子電池相關研究。
論文速覽
開發疏水界面被證明能有效解決水系鋅電池中鋅(Zn)電鍍期間的枝晶生長和副反應。然而，這種溶液阻礙了Zn2+與H2O的溶劑化，以及隨后在Zn剝離過程中的離子遷移，導致不充分的可逆性。
本論文提出了一種通過離子閥控制的疏水界面，以實現鋅（Zn）電池中Zn負極在沉積/剝離過程中對界面水分子需求的動態適應。研究團隊利用正辛基三甲基溴化銨（C8TAB）作為離子閥，通過電場方向的變化，主動構建和移除疏水界面，從而在Zn沉積/剝離過程中實現疏水界面的“開”和“關”狀態的切換。
這種設計顯著提高了Zn負極的循環穩定性和庫侖效率，延長了電池的使用壽命。
圖文導讀
天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
圖1：在Zn沉積/剝離過程中不同疏水界面的示意圖。
天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
圖2：離子閥作為疏水界面開關的作用。
天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
圖3：碳鏈作為離子閥強度調節器對Zn疏水性的影響。
天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
圖4：碳鏈對Zn2+離子傳輸的影響。
天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
圖5：C8TAB/ZnSO4電解液中Zn負極的電化學性能。
天津大學楊全紅團隊AM：可逆鋅電池用離子閥切換疏水界面！
圖6：含和不含C8TAB電解液的Zn//ZVO全電池的電化學性能。
總結展望
本研究成功實現了通過電場觸發的離子閥策略構建的自適應疏水界面，滿足了Zn沉積/剝離過程中對界面水分子需求的逆向需求，從而顯著增強了Zn的可逆性，并實現了高庫侖效率的Zn沉積/剝離。
C8TAB的使用使得Zn負極在高電流密度和低電流密度下都展現出了超過2000 h的延長循環壽命，并且在20%放電深度下是無C8TAB時的四倍。
此外，Zn//ZVO全電池在C8TAB的幫助下也顯示出了卓越的循環穩定性。本工作將為有效的界面設計提供新的指導方針，并為開發低成本和實用的AZBs鋪平道路。
文獻信息
標題：Switching Hydrophobic Interface with Ionic Valves for Reversible Zinc Batteries
期刊：Advanced Materials
DOI：10.1002/adma.202406071

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