中南大学唐有根/王海燕教授团队在锌金属负极研究获进展

近期，中南大学唐有根-王海燕团队在国际顶级刊物Angew. Chem. Int. Ed.上发表了题为“A Semi-solid Zinc Powder-based Slurry Anode for Advanced Aqueous Zinc-ion Batteries”的研究论文(doi:10.1002/anie.202215306)。中南大学化学化工学院为该论文的第一完成单位及通讯作者单位，王海燕教授和张旗博士为共同通讯作者，2020级博士研究生杨泽芳为论文第一作者。

水系锌离子电池（AZIBs）的蓬勃发展引起了研究人员对锌金属负极问题的关注，如不可控制的枝晶生长、腐蚀和体积效应。相比于广泛使用的锌箔负极，锌粉（Zn-P）更适合作为锌负极的原材料。然而，由于Zn-P与锌箔负极相比具有更高的活性和比表面积，Zn-P固体负极遭受了更严重的腐蚀和析氢。此外，锌溶解/沉积诱导的不可避免的体积收缩/膨胀进一步恶化粉末和导电网络之间的电接触，导致活性材料与电极分离。

鉴于此，唐有根-王海燕团队首次报道了一种用于AZIBs由活性金属Zn-P、锡粉添加剂和分散在硫酸锌电解液中的多壁碳纳米管（MWCNTs）与聚丙烯酰胺（PAM）组成的半固体锌浆料负极。PAM电解液添加剂具有各种重要功能，包括Zn-P的腐蚀抑制剂、流变网络的增稠剂和MWCNTs的分散剂。在半固体浆料中均匀分散的MWCNTs构建了一个强大的三维离子和电子传输的导电框架。

此外，作为沉积种子的锡粉添加剂可以有效地避免小尺寸颗粒的优先溶解所引起的锌的团聚沉积，这一点已通过有限元方法、3D-X射线微型计算机断层扫描和扫描电子显微镜得到证明。弹性流变学网络缓解了锌溶解/沉积过程中的体积变化，并通过均匀的三维沉积抑制了锌枝晶的生长。使用半固体浆料负极的全电池的维护和再生只需要更换浆料和隔膜，而其他成分保持不变，这表明半固态锌浆全电池在大规模储能的集成装置中具有良好的潜力。

上述工作获得了国家自然科学基金(No. 21975289、22109181)、湖南省科技计划项目(No. 2020jj2042、No. 2022rc3050、No. 2017tp1001)和湖南省自然科学基金(No. 2022jj40576)的资助。唐有根-王海燕教授团队一直从事能源材料化学和应用电化学的基础研究，目前在Nat. Commun, Angew. Chem. Int. Ed, Energy Environ Sci, Adv Mater等国内外知名期刊发表多篇有影响力的研究论文，团队研究成果入选了中南大学首届重大学术进展。

审核编辑 ：李倩