湖南农业大学曾宪祥&吴雄伟团队：采用双功能磺化共价聚合物作为定向和高可逆镀锌的调节剂

锌离子电池(ZIBs)由于具有较高的理论容量、丰富的资源和较低的成本被认为是大规模储能系统的优良备选电源，但枝晶生长和由副反应引起的库伦效率(CE)低下的问题仍然存在。为了解决这些问题，有研究通过侧重于传统策略调整电解质配方，如浓缩和共晶电解质以稳定锌阳极，但无法提高循环效率，需要几十个循环才能达到高于99%的数值。

最近，湖南农业大学化学与材料科学学院曾宪祥教授和吴雄伟教授团队提出了一种保护策略，使用磺化共价聚合物来调节与锌相邻界面的配位环境，在磺化共价聚合物的保护下，锌离子的溶剂化结构先于其在锌表面的电化学还原，初始CE被提高到一个前所未有的高水平(>96%)，并迅速达到一个稳定的水平(>99%)。将设计好的隔膜匹配V₂O₅@PPy@CC正极组装电池，在0.05 A g^-1的条件下可以提供305 mAh g^-1的高比容量，并在305次充放电循环后稳定运行，容量保持率为64.21%。这篇文献所报道的实验结果可能为水系和非水系电池的金属阳极保护和电极-电解质兼容性提供了新的方案。

图1. (a) SCP的ESP分布图；(b) Zn(OTf)₂、TEP、含单磺酸基团的SCP(LSHS和RSHS)、双磺酸基团(SHS)和不含磺酸基团(NSHS)的LUMO能级图；(c) PE和SCP@PE组装电池的库伦效率对比图；(d)表1中文献报道的初始库伦效率对比图；不同电流密度下(e) PE和(f) SCP@PE的电压-容量图；(g) PE和SCP@PE的极化电压对比图。

图2. (a) PE和(b) SCP@PE匹配V₂O₅的充放电曲线图；(c) PE和SCP@PE在0.1 A g^-1电流密度下的倍率性能图和长循环图；(d) PE和(e) SCP@PE匹配的电池在循环305次后锌表面的SEM图像和(f)对应的XRD图，以及(g) I₀₀₂/I₁₀₀的对比图和理想的镀锌机制。

详见：Meng-Jie Chen, Qing-Yuan Zhao, Hong-Rui Wang, Tao Long, Xin Ma, Qing Wu, Wen-Xin Zhou, Xiong-Wei Wu* and Xian-Xiang Zeng*, Bifunctional sulfonated covalent polymers as the modulator for oriented and highly reversible zinc plating. Sci. China Chem., 2023, 66(1): 289-296.

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【通讯作者简介】

曾宪祥，湖南农业大学教授，硕士生导师，湖南省优青。发表SCI论文50余篇，其中以第一(共一)或通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Chem、Adv. Energy Mater.、Adv. Sci.、Nano Lett.、J. Mater. Chem. A、Sci. China Chem.等在内的期刊上发表论文25篇，h指数27。申请专利12项(含一项PCT)，授权6项。其中2项完成技术转让，专利包合同金额105万元。受邀在国际、国内学术会议上作邀请和口头报告6次。主持国家自然科学基金青年项目、湖南省优秀青年基金(科技厅和教育厅各1项)等在内的国家和省部级项目5项。同时担任《Rare Metals》与《eScience》青年编委。

吴雄伟，湖南农业大学教授，博士生导师，湖南省杰青，湖南省银峰新能源有限公司董事总经理兼首席科学家。在Chem. Soc. Rev.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Chem、Sci. China Chem.等国内外顶级刊物上发表了SCI论文90多篇(含影响因子大于10的论文30篇)，申请专利40多项，日本专利1项，参与制定多项全钒液流电池的行业标准，任国家自然科学基金委、科技部评审专家、能源材料副主编、液流电池储能技术专委会副秘书长、国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)-新型材料及其合成国际会议秘书长。

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