近日，海南大学海洋清洁能源创新团队史晓东副教授在材料科学领域顶级期刊Advanced Materials发表题为“Interface Layer Engineering of Zinc Anode for Durable Seawater-Based Zinc-Ion Batteries”的研究论文。周传聪博士和邢振月副教授为论文共同第一作者，史晓东副教授和田新龙教授为论文共同通讯作者。

图1 海水基锌金属负极界面工程及其抑氯腐蚀机制示意图

水系锌离子电池因优异的安全性能、显著的成本优势以及良好的环境兼容性，被认为是下一代电化学储能体系中极具发展潜力的技术。目前，去离子水普遍作为锌离子电池（ZIBs）的电解质溶剂使用，然而其较高的生产与运输成本制约了其在大规模储能领域中的应用前景。直接使用海水作为锌离子电池中的电解质在储能应用方面展现出巨大的潜力。海水储量丰富，具有高离子电导率、复杂的盐分组成以及较高的盐度等特点。充分利用其固有优势，对推动海水资源的综合利用开发也具有重要意义。一方面，海水中含有的钾（K⁺）、钠（Na⁺）、钙（Ca²⁺）和镁（Mg²⁺）等多价或单价阳离子可通过静电屏蔽效应有效抑制锌枝晶的生长，从而提升锌负极的沉积/剥离可逆性。另一方面，这些碱金属离子在循环过程中可在正极材料中发生额外的插层反应，有助于提升电池的比容量。然而，海水的复杂化学环境易引发锌负极的腐蚀、枝晶生长及析氢反应等问题，严重制约了其在实际应用中的可行性。

在此，本研究通过超声喷涂技术在锌负极表面分别构建了一系列抗海水腐蚀涂层X@Zn（X=乙酰丙酮锌（ZA）、氢氧化锌（Zn(OH)₂）、氧化锌（ZnO）、氟化锌（ZnF₂）和氟化锂（LiF））。基于系统的电化学测试和理论计算，其中乙酰丙酮锌（ZA）具有稳定的四面体金属-有机配位结构，在综合性能方面展现出强大优势：电负性羰基可有效排斥氯离子，抑制海水电解质中氯离子诱导的锌金属腐蚀；同时，ZA@Zn界面展现出较低的活化能垒与稳定的pH环境，不仅保障了界面反应的稳定性，还显著抑制了析氢和腐蚀副反应的发生；此外，ZA还表现出卓越的锌亲和力与亲核性，能促进界面Zn²⁺的脱溶剂化，有利于Zn²⁺的均匀成核与沉积，并加速离子传输动力学。因此，ZA@Zn对称电池在5 mA cm^-2的电流密度下，在海水电解质中实现超过4268小时的稳定循环，在去离子水电解质中也可稳定运行超3500小时，展现出良好的电解质适应性与通用性。组装的ZA@Zn//NH₄V₄O₁₀全电池在1 A g^-1下循环250次后，仍保持289.3 mAh g^-1的高比容量和84.1%的容量保持率。在6 A g^-1下循环2000次后，容量几乎没有衰减。并且组装的软包电池在2A g^-1下依旧具有良好的循环稳定性。本研究为海水基锌离子电池中金属负极的界面工程提供了一种切实可行的策略，显著提升了电池的长期循环稳定性，为发展低成本、高稳定性的海洋能源存储技术提供了设计思路与实践路径。

该工作得到了海南大学海洋科学与技术协同创新中心（XTCX2022HYC14）、国家自然科学基金（52404316、22562010、52561041、52461040和22202053）、以及海南大学启动基金（XJ2400012968、KYQD(ZR)-23069、23169和21124）的支持。该论文相关材料表征工作得到了海南大学皮米电镜中心的支持和帮助。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202516045