【仪表网 研发快讯】在全球向可持续能源转型的背景下，锌金属电池(ZMBs)因其高安全性、低成本和环境友好性，被视为下一代储能技术的重要候选。然而，高电流密度(> 10 mA cm⁻²)、高面容量(> 10 mAh cm⁻²)和高放电深度(DOD > 65%)的极端条件下，锌负极面临严重的界面不稳定性，导致寿命短、效率低，限制了其实际应用。
针对这一问题，西安交通大学丁书江教授团队首次揭示了浓差极化是造成极端条件下锌负极失效的核心因素之一。通过原位数字全息观察到，在高电流密度条件下，裸Zn负极界面Zn²⁺浓度迅速下降，导致严重的浓差极化。针对这一挑战，团队提出纳米流体细菌纤维素(BC)界面修饰策略，通过自驱动离子富集机制(self-driven ion enrichment)，实现Zn²⁺通量的精准调控，消除浓差极化，改善电极界面离子输运的非线性行为。基于该策略，BC@Zn负极在100 mA cm⁻², 100 mAh cm⁻²，DOD=90.91%及40 mA cm⁻², 40 mAh cm⁻²，DOD=75.97%的极端条件下分别稳定循环490、1573小时，最高累积容量达62.92 Ah cm⁻²，远超现有报道。此外，BC@Zn//I₂安时级软包稳定循环超350圈，容量保持率达91.78%。该策略为高性能锌金属电池(ZMBs)的商业化提供了有效解决方案。
近日，该研究成果以“Elimination of Concentration Polarization Under Ultra-High Current Density Zinc Deposition by Nanofluid Self-Driven Ion Enrichment”(纳米流体自驱动离子富集消除超高电流密度锌沉积下的浓度极化)为题发表在国际材料领域权威期刊Advanced Materials(《先进材料》)上，西安交通大学化学学院是论文的唯一通讯单位，论文第一作者为西安交通大学博士生高娜，通讯作者为西安交通大学丁书江教授、高国新副教授和赵洪洋副教授。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省高校联合重点项目和陕西省秦创原创新人才计划项目的资助，论文的表征及测试得到了西安交通大学分析测试共享中心和国家储能技术产教融合创新平台(中心)的支持。
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