热烈祝贺我课题组代玲玉工作在Energy Material Advances发表
近日，我课题组在锌空气电池锌负极界面工程领域取得重要进展。相关成果以“Engineering Atomic-Level Bi-Nx/C–Bi2O3 Interfaces on Zn Anodes for 2000-Hour Stable Zn–Air Batteries”为题发表于中科院一区TOP期刊Energy Material Advances（影响因子15.9）。
针对水系锌空电池中锌负极枝晶生长与界面失稳的核心瓶颈，本研究提出了一种精准原子级界面调控策略：以SiO2模板化介孔碳为载体，通过协同锚定铋单原子（Bi-Nx）与氧化铋纳米颗粒（Bi2O3）构建多功能复合界面层（SiO2/Bi-Nx/C-Bi2O3），实现锌沉积晶面取向的原位调控与界面稳定性的协同强化。该策略创新性地将“单原子催化效应”与“晶面工程调控”深度融合：Bi-Nx单原子位点通过降低锌成核能垒诱导均匀成核，Bi2O3纳米颗粒协同调控锌沿低能(002)晶面择优沉积，同时SiO2的本征疏水性显著抑制水诱导副反应。密度泛函理论（DFT）揭示，界面处存在显著的电荷重分布与轨道杂化效应，显著增强锌原子吸附并降低成核能垒。
基于此，SiO2/Bi-Nx/C-Bi2O3@Zn负极在对称电池中展现出优异的无枝晶循环稳定性：在60 mV的低过电位下可稳定循环1000小时。尤为重要的是，采用该负极组装的液态锌空气电池在10 mA cm-2的高电流密度下实现了长达2000小时的超长循环寿命，并输出高达396.3 mW cm-2的峰值功率密度。本研究提出了一种稳健的界面设计策略，为推进高耐久性、高性能锌基储能技术的发展提供了新途径。
论文第一作者为博士生代玲玉。论文链接：https://doi.org/10.34133/energymatadv.0569
图1. (a) 电极表面有无SiO2/Bi-Nx/C-Bi2O3时锌沉积行为的示意图；(b) SiO2/Bi-Nx/C-Bi2O3的俯视扫描电子显微镜（SEM）图像；(c) SiO2/Bi-Nx/C-Bi2O3的透射电子显微镜（TEM）图像；(d) 对应的高分辨图像及(e) 能谱面分布图（EDS-mapping）；(f) SiO2/Bi-Nx/C-Bi2O3的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像与(g) 对应的元素分布图。