近日，我院梁鑫教授团队杜浩然老师在锌金属电池负极镀层织构调控方面取得重要进展。相关研究工作以“Sustained single-textured zinc electrodeposition via organic-inorganic hybrid molecular design for high-capacity aqueous zinc-metal batteries”为题，发表于中科院1区Top期刊《Nano Research》。我院青年教师杜浩然为论文第一作者兼通讯作者，梁鑫教授与华中科技大学伽龙教授为共同通讯作者，合肥大学为第一完成单位，2024级材料与化工专业硕士研究生张善杰为主要参与人。
水系锌金属电池因其高安全性和低成本，在规模储能领域备受关注。然而，锌负极在传统电解液中的沉积过程存在严重的晶向随机性，加剧了电池循环过程中的枝晶问题。即使采用现有优化策略，锌镀层中仍不可避免地混入大量高活性(101)和(100)面暴露的晶粒。这些晶面成核势垒更低，且在腐蚀性环境中会进一步破坏镀层织构的选择性。因此，如何在反复充放电过程中实现持续、稳定的单一(002)织构沉积，一直是该领域面临的重要挑战。
针对这一关键科学问题，研究团队提出了一种有机-无机杂化的电解液添加剂分子设计策略。所开发出的新型添加剂双苯磺酰亚胺镁Mg(BBI)2成功实现了高度(002)织构的锌沉积，并显著提升了电池的循环稳定性。研究团队综合运用微区纳米红外光谱(Nano-IR)、原位扫描电化学池显微镜(SECCM)等技术，结合理论计算，可视化了添加剂的工作机理：BBI⁻优先吸附在锌的(101)和(001)晶面，抑制这些高活性晶面上的锌沉积动力学，从而引导锌沿(002)晶面优先生长；同时，Mg2+重构了Zn2+的溶剂化结构，有效抑制了析氢等副反应。得益于阴阳离子的协同作用，锌电极在对称电池中实现了高达97.9%的(002)相对织构系数。在全电池循环1000圈后的锌负极仍能保持95.7%的(002)织构度。
该研究突破了传统添加剂功能单一的局限，为高性能水系锌金属电池的电解液设计提供了全新的分子工程思路。研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省高校自然科学研究项目、合肥大学人才科研基金等项目的支持。
论文链接: https://doi.org/10.26599/NR.2026.94908661
（撰稿人：杜浩然）