添加（左）和不添加（右）絲氨酸的鋅沉積行為示意圖

（a）10 mA cm^-2下，Zn在Ser/ZnSO₄電解質(zhì)中沉積的SEM形貌演變圖，比例尺：20μm；（b）10mA cm^-2下，在純ZnSO₄（上圖）和Ser/ZnSO₄（下圖）電解質(zhì)中沉積的Zn SEM形貌演化圖像，比例尺：100μm；（c）Zn電極沉積0、15、30、45、60min后的原位光學(xué)顯微鏡圖像（上方為ZnSO₄電解液中，下方為Ser/ZnSO₄電解質(zhì)中沉積）；（d）10mA cm^-2下，鋅在純ZnSO₄（右）和Ser/ZnSO₄（左）中沉積不同時(shí)間的XRD圖；（e-d）圖中（100）和（002）面之間的強(qiáng)度比；（f）Ser+吸附在Zn（002）、（100）、（101）表面的圖示及相應(yīng)吸附能；（g）Ser+吸附在Zn晶面后，Zn離子在不同晶面上的吸附能。

近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員胡林華團(tuán)隊(duì)在水系鋅離子電池電解液研究方面取得新進(jìn)展。該研究通過在水系鋅鹽電解液中引入絲氨酸陽離子（Ser⁺，C₃H₈NO₃），實(shí)現(xiàn)鋅（100）面擇優(yōu)取向生長(zhǎng)，有效抑制了鋅枝晶生長(zhǎng)，提升了電池充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）上。

水系鋅離子電池（AZIBs）因具有高的安全性、可靠性、環(huán)境友好性和成本效益而備受關(guān)注。然而，鋅枝晶生長(zhǎng)會(huì)引起較差的可逆性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電池短路，這是水系鋅離子電池商業(yè)化進(jìn)程的主要障礙。鋅（100）面具有較高的表面能，鋅負(fù)極的成核和沉積易沿[100]方向進(jìn)行，而較高的反應(yīng)活性會(huì)誘發(fā)副反應(yīng)，進(jìn)而損害鋅陽極的可逆性和電池的循環(huán)穩(wěn)定性能。因此，抑制鋅（100）方向生長(zhǎng)可有效緩解枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)發(fā)生。?

研究采用絲氨酸（Ser）作為界面結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑的（100）面終止策略，通過絲氨酸陽離子的吸附調(diào)節(jié)，誘導(dǎo)Zn（100）織構(gòu)生長(zhǎng)并抑制副反應(yīng)發(fā)生。在5mA cm^-1和5mAh cm^-1的電鍍/剝離循環(huán)下，使用改性電解質(zhì)的Zn//Cu電池可達(dá)到99.8%的平均庫(kù)倫效率，Zn//Zn對(duì)稱電池表現(xiàn)出800小時(shí)以上的循環(huán)穩(wěn)定性能。Zn//V₂O₅扣式電池展現(xiàn)出345.1mAh g^-1的高放電容量，并在5A g^-1下循環(huán)2000次后保持255.4mAh g^-1。組裝的軟包電池也具備良好的穩(wěn)定性，展示了Ser/ZnSO4電解液的實(shí)際應(yīng)用潛力。

該研究通過吸附絲氨酸離子對(duì)鋅離子在（100）表面遷移行為的調(diào)控，為分子水平上實(shí)現(xiàn)鋅陽極優(yōu)勢(shì)織構(gòu)提供了策略，并有望應(yīng)用于其他穩(wěn)定性和可逆性差的金屬陽極。研究工作得到合肥研究院院長(zhǎng)基金的支持。?