可充电的水系锌离子电池具有安全性高、成本低和环境友好等优点，有望在大规模储能系统获得实际应用。锌金属负极由于具有较高的理论容量（820 mAh g-1或5855 mAh cm-3）和较低的还原电位（-0.76 V vs. 标准氢电极）受到广泛关注。但是，锌金属负极仍面临着由锌离子不均匀沉积导致的锌枝晶生长、电解液腐蚀和析氢反应等问题，极大影响锌金属负极的库仑效率和循环稳定性。

针对水系锌离子电池中锌金属负极存在的问题，我院生态环境功能材料研究团队的青年教师王亚平博士提出一种表面/界面改性锌金属负极的新方法，即采用酸腐蚀的方法选择性暴露(002)Zn晶面并在电极表面原位生成锌化合物层，实现在对称电池中超长的锌沉积/剥离循环时间（3000 h）及在全电池中较长的大电流循环寿命（1250圈）。

研究者采用酸溶液对具有高表面能和低结合能的锌晶面进行选择性腐蚀。一方面，随着酸腐蚀时间的延长，(002)_Zn与(100)_Zn的峰强比由0.83（0分钟）提高到3.38（4分钟），实现(002)_Zn晶面的选择性暴露，基于(002)_Zn晶面均匀的表面电荷密度和低电化学活性，(002)_Zn晶面选择性暴露可优化Zn沉积行为、提高电极耐腐蚀性；另一方面，经磷酸、植酸、柠檬酸和草酸腐蚀后，锌负极表面可原位生成锌化合物层，其作为锌金属与电解液的界面不仅能够抑制锌金属腐蚀还可增强电极对Zn2+ 的吸附能力，有利于锌沉积/剥离过程。通过电化学性能测试发现，磷酸锌@锌（PPZ@Zn）电极的对称电池在1 mA cm-2的电流密度下能够稳定循环3000 h。进一步以PPZ@Zn为负极，CNT/MnO2为正极组装全电池，CNT/MnO2||PPZ@Zn全电池在1 A g-1稳定循环1250圈后仍可保持213.0 mAh g−1的比容量，相对于CNT/MnO2|| Zn全电池有明显的提升。该工作为锌金属负极表面/界面改性提供了新方法，对高性能水系锌离子电池负极的研究具有重要意义。

该研究工作以“Stable Zinc Metal Anodes with Textured Crystal Faces and Functional Zinc Compound Coatings ”为题发表于国际材料科学领域高水平期刊《Advanced Functional Materials》，论文第一作者为材料科学与工程学院2019级硕士研究生王霞，通讯作者为王亚平博士。研究论文的第一单位为材料科学与工程学院/生态环境与信息特种功能材料教育部重点实验室。论文原文链接为https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106114。

作者简介：

王亚平，女，30岁，博士生导师，“元光学者”启航岗，本硕博毕业于中南大学，2019年9月份加入。致力于二次电池负极材料的开发及储能机制研究。目前以第一作者或通讯作者在Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Energy Storage Mater.、J. Mater. Chem. A、Chem. Eng. J.等期刊发表论文16篇，高被引论文2篇；授权国家发明专利4项；目前担任中国硅酸盐学会矿物材料分会青年理事、中国仪表功能材料学会生态环境功能材料专业委员会委员。

研究团队介绍：

生态环境功能材料研究团队（团队负责人：梁金生 研究员）由长期从事无机非金属矿物、新能源材料、固废资源化利用等方面的研究专家和研究人员组成，在科学研究、人才培养、技术开发等方面取得了丰硕的成果。团队先后承担了国家863计划和国家科技支撑计划、国家重点研发计划等重要项目（课题）7项，主持制定国家标准3项。目前正在主持承担国家重点研发计划重点项目“环保非金属矿物功能材料制备技术及应用研究”和课题“京津冀工农城典型固废产排特征、区域协同处置能力及综合利用机制研究”等国家重点项目研究。