鈉/鋅離子電池作為兩種新型電池，具有良好的應(yīng)用前景，然而，它們的應(yīng)用仍面臨幾個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。2023年以來，化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院張培新教授團(tuán)隊在已有工作的基礎(chǔ)上，圍繞鈉/鋅離子電池正負(fù)極材料、電解質(zhì)以及隔膜等關(guān)鍵材料開展了深入系統(tǒng)的研究，取得了一系列創(chuàng)新性研究成果。這些成果分別發(fā)表在《Advanced Materials》(中科院大類一區(qū)，影響因子IF=29.4)、《Angewandte Chemie International Edition》（中科院大類一區(qū)，IF=16.6, 2篇）、《Advanced Energy Materials》(中科院大類一區(qū)，IF=27.8)、《ACS Energy Letters》（中科院大類一區(qū)，IF=22.0, 封面文章）、《Advanced Functional Materials》(中科院大類一區(qū)，IF=19.0，2篇)、《Nano-Micro Letters》(中科院大類一區(qū)，IF=26.6，國產(chǎn)期刊)、《Energy Storage Materials》(中科院大類一區(qū)，IF=20.4，國產(chǎn)期刊)、《Journal of Energy Chemistry》(中科院大類一區(qū)，IF=13.1，國產(chǎn)期刊)。

1.為解決過渡金屬化合物作為鈉離子電池負(fù)極材料容量低和循環(huán)性能差等問題，提出了一種獨(dú)特的原位功能化和自限生長方法，以V2CTxMXene為模板，設(shè)計了具有內(nèi)嵌陰離子空位的VSe2-x/C面內(nèi)異質(zhì)結(jié)，在加硒過程中，V2CTx的碳原子層轉(zhuǎn)化為超薄的導(dǎo)電碳，最大限度地與生成的VSe2組分面對面接觸。同時，碳還原環(huán)境的自發(fā)形成削弱了V-Se鍵，產(chǎn)生了豐富的Se陰離子空位結(jié)構(gòu)，雙功能陰離子空位與面內(nèi)異質(zhì)結(jié)構(gòu)之間存在多尺度的界面協(xié)同作用，緩解了體積應(yīng)變，提高了Na+插層和后續(xù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的動力學(xué)和熱力學(xué)。該成果發(fā)表在《Advanced Materials》（2023：2310336），深圳大學(xué)為第一完成單位和唯一通訊單位，馬定濤副研究員和研究生趙哲浩為論文共同第一作者，張培新教授和米宏偉副教授為共同通訊作者。論文鏈接：https://doi:10.1002/adma.202310336

2.為解決用于鋅離子存儲的過渡金屬硫族化合物(TMDs) 存儲動力學(xué)緩慢和性能差等問題，提出了一種多尺度界面結(jié)構(gòu)集成調(diào)制概念，以解鎖全方位存儲動力學(xué)增強(qiáng)的多孔VSe2-x·nH2O宿主，同時還發(fā)現(xiàn)了一種界面吸附-插層贗電容存儲機(jī)制。這項工作實(shí)現(xiàn)了概念上的突破，擴(kuò)展了層狀TMDs的界面存儲極限，以構(gòu)建全天候高性能鋅離子電池。該成果發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》（2023，62：e202304400）。深圳大學(xué)為第一完成單位和唯一通訊單位，博士研究生楊明為論文第一作者，張培新教授和馬定濤副研究員為共同通訊作者。論文鏈接：https://doi.org/10.1002 / anie.202304400

3.為解決鋅金屬負(fù)極在水中熱力學(xué)不穩(wěn)定以及不可控的鋅枝晶生長等問題，采用?；撬嶙鳛殡娊庖禾砑觿?，設(shè)計了一種同時調(diào)控電解液pH和原位構(gòu)建負(fù)極-電解液界面的協(xié)同策略，抑制了枝晶生長和界面副反應(yīng)，使鋅負(fù)極在高電流密度和面積容量下展現(xiàn)出超高的穩(wěn)定性。該成果發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》（2023，62：e202311988），深圳大學(xué)為共同通訊單位，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）博士生歐陽珂豐（張培新教授指導(dǎo)的碩士研究生）和陳勝為論文共同第一作者，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）黃燕教授和張培新教授為共同通訊作者。論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202311988

4.為解決Zn2+傳輸動力學(xué)緩慢和電解質(zhì)界面熱力學(xué)不穩(wěn)定等問題，提出了痕量添加劑介導(dǎo)的疏水結(jié)構(gòu)編輯概念，通過向水系電解液中添加聚丙烯酸（PAA）來重建電解液Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)電極-電解液界面原位自組裝。重構(gòu)的Zn2+水合結(jié)構(gòu)具有快速的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，而電極表面界面層極大提高了水系鋅金屬電池體系的熱力學(xué)穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)了寬溫域的長期運(yùn)行。該成果作為封面文章發(fā)表在《ACS Energy Letters 》（2023，8：5229）。深圳大學(xué)為第一完成單位和唯一通訊單位，研究生歐陽珂豐和李帆為論文第一作者，張培新教授和馬定濤副研究員為共同通訊作者。論文鏈接：http://10.1021/acsenergylett.3c01872

5.為“一體化”解決鋅/電解質(zhì)界面的副反應(yīng)及枝晶生長問題，提出了雙界面協(xié)同調(diào)制的設(shè)計概念，通過一步水熱法，以連續(xù)優(yōu)化表面織構(gòu)并原位形成疏水、親鋅鈍化層。這種設(shè)計的鋅金屬負(fù)極可極大提高全電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，為高性能鋅金屬負(fù)極設(shè)計開拓了新思路。該成果發(fā)表在《Advanced Energy Materials》（2023，13：2204365），深圳大學(xué)為第一完成單位和唯一通訊單位，研究生李帆為論文第一作者，張培新教授和馬定濤副研究員為共同通訊作者。論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202204365

6.為開發(fā)全天候快充固態(tài)電池，設(shè)計了一種新型多功能介質(zhì)橋接超薄聚合物電解質(zhì)，并成功應(yīng)用于寬溫域高性能固態(tài)鋅金屬電池。這種新型超薄、多重動力學(xué)增強(qiáng)型聚合物電解質(zhì)，不僅增強(qiáng)了電解質(zhì)膜的機(jī)械強(qiáng)度和界面導(dǎo)熱性，還極大提高了Zn2+遷移數(shù)，具有良好的高溫界面相容性。因此，高可逆鋅金屬負(fù)極的穩(wěn)定工作溫度能夠被拓寬至-25～80℃。該成果發(fā)表在《Advanced Functional Materials》（2023，33：2307736），深圳大學(xué)為第一完成單位和唯一通訊單位，研究生李宜姝為論文第一作者，張培新教授和馬定濤副研究員為共同通訊作者。論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202307736

7.為解決鋅離子電池超小型納米結(jié)構(gòu)陰極合成過程復(fù)雜且難以規(guī)?；a(chǎn)等問題，提出了一種可用于解鎖超快動力學(xué)電極的原位電化學(xué)非晶化機(jī)制。利用溶膠凝膠法制備的長程有序ZnV2O4晶體可以通過原位電化學(xué)激活重構(gòu)為短程有序Zn0.44V2O4電極，重構(gòu)后的非晶化電極展現(xiàn)出豐富的活性位點(diǎn)、低鋅離子捕獲勢壘和超短離子擴(kuò)散路徑等優(yōu)異性質(zhì)，從而賦予電極超高的倍率性能。該成果發(fā)表在《Advanced Functional Materials》（2023，33：2304255），深圳大學(xué)為唯一完成單位，研究生沈思誠為論文第一作者，張培新教授和馬定濤副研究員為共同通訊作者。論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202304255

8. 為解決鋅離子電池枝晶生長、副反應(yīng)和循環(huán)穩(wěn)定性能差等問題，提出了一種基于三維人工陣列界面工程的設(shè)計概念，以實(shí)現(xiàn)體積應(yīng)力消除、優(yōu)選取向生長和無枝晶穩(wěn)定鋅金屬負(fù)極。這種工程電極不僅具有良好的耐腐蝕性和抑制析氫性，而且在速率能力和循環(huán)穩(wěn)定性方面也表現(xiàn)出整體增強(qiáng)效應(yīng)。該成果發(fā)表在《Nano-Micro Letters》（2023,15:37），深圳大學(xué)為唯一完成單位，研究生阮劍斌為論文第一作者，張培新教授和馬定濤副研究員為共同通訊作者。論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-022-01007-z

9. 針對低價釩基化合物難以平衡高比容量、高速率性能和高存儲可逆性等問題，提出了一種獨(dú)特的電壓和溶劑化環(huán)境協(xié)同調(diào)控策略，以解鎖MXene衍生的VNxOy/C異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為適用于水性鋅離子電池的正極材料。首先通過控制電壓實(shí)現(xiàn)VNxOy向Zn3(OH)2V2O7·2H2O的原位相變，然后通過調(diào)控溶劑化環(huán)境實(shí)現(xiàn)質(zhì)子屏蔽，以消除非電化學(xué)活性副產(chǎn)物對電極儲存動力學(xué)和可逆性的阻斷效應(yīng)。在電壓和溶劑化環(huán)境的協(xié)調(diào)作用下，低價VNxOy/C電極表現(xiàn)出高倍率能力和超長循環(huán)壽命的優(yōu)異電化學(xué)性能。該成果發(fā)表在《Energy Storage Materials》（2023，56: 600），深圳大學(xué)為唯一完成單位，碩士研究生陳洋武和馬定濤副研究員為論文共同第一作者，張培新教授為唯一通訊作者。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.01.049.

10.為解決緩慢的Zn2+存儲動力學(xué)，提出了一種新的原位自蝕刻策略，以解鎖棕櫚樹狀狀氧化釩/碳納米纖維膜（P-VO/C）作為一種獨(dú)特電極，用于構(gòu)建高功率耐用的水性鋅離子電池。與VO/C對應(yīng)物相比，這種獨(dú)特的電極表現(xiàn)出擴(kuò)展的贗電容存儲行為，此外，組裝的P-VO/C基水性鋅離子電池，也顯示出超高速率性能和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)現(xiàn)了開發(fā)超快存儲動力學(xué)電極和大功率水性鋅離子電池的概念突破。該成果發(fā)表在《Journal of Energy Chemistry》（2023，88: 399），深圳大學(xué)為第一完成單位和第一通訊單位，聯(lián)培博士生侯爽和馬定濤副研究員為論文共同第一作者，張培新教授、米宏偉副教授以及華南師范大學(xué)趙靈智教授為共同通訊作者。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/ j.jechem.2023.09.029

上述工作得到了國家自然科學(xué)基金（面上及青年基金）、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目的資助。