近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院（张久俊院士团队）在锌金属电池领域发表最新研究成果，相关成果以“Customized Vertical Zn Deposition and Regulated Interfacial Kinetics via Anti-Inflammatory Biomolecules for Ultra-Stable Zn Metal Batteries”为题发表在材料类国际顶级期刊《Advanced Materials》期刊上（影响因子29.4，中科院一区）。

（100）晶面沉积取向的诱导机制、界面动力学的平衡过程以及DSS添加剂的关键调控作用

水性锌金属电池因其高安全性和低成本，在大规模储能领域展现出重要潜力。然而，锌金属负极在实际应用中面临严峻挑战，主要包括枝晶不可控生长、析氢等副反应以及由此导致的循环寿命快速衰减。这些问题根源在于锌沉积的不均匀性和不稳定的电极/电解液界面。特别是高反应活性的（100）晶面，虽然有利于实现快速动力学和低过电势，适用于高倍率运行，但其高表面能也使其更易发生副反应，且其固有的快速离子还原速率容易导致界面处锌离子局部耗尽，从而引发枝晶生长和电池失效。因此，如何在诱导锌沿（100）晶面择优沉积的同时，确保其界面稳定并平衡离子传输与还原动力学，是提升锌负极性能的关键挑战。

针对这一难题，福州大学刘明权副教授、张久俊院士团队受生物体内硫酸化多糖通过多阴离子基团调控晶体生长机制的启发，提出采用硫酸葡聚糖钠盐（Dextran Sulfate Sodium, DSS）作为多功能电解液添加剂引入电解液。DSS分子骨架上高密度且连续分布的−SO₃⁻基团是实现协同调控的核心。首先，DSS中的−SO₃⁻基团通过配位作用部分取代Zn²⁺初级溶剂化鞘中的水分子，降低水活度，有效抑制析氢反应和电极腐蚀。其次，−SO₃⁻基团优先且强效地吸附在Zn（100）晶面上，适度延缓该面的成核速率，同时引导Zn²⁺从相邻的（002）和（101）晶面扩散至（100）面，从而驱动形成垂直取向、致密平整的（100）织构锌沉积层。更重要的是，丰富的−SO₃⁻位点通过阴离子排斥效应Zn²⁺配位，加速了界面离子传输与脱溶剂化过程，同时，DSS分子本身的空间位阻效应拓宽了双电层，适度延缓了Zn²⁺的电化学还原速率。这种“传输加速”与“还原缓速”的协同作用，有效平衡了界面动力学，避免了因Zn²⁺供需失衡导致的浓度极化与枝晶生长。

基于此机理，含有DSS添加剂的电解液的电池性能显著提升。Zn||Zn对称电池在1 mA cm⁻²和5 mA cm⁻²的电流密度下，分别实现了超过10400小时和7300小时的超长循环寿命。同时，电池表现出优异的高倍率性能，即使在20 mA cm⁻²的高电流密度下仍能稳定运行1500小时。该策略还具有广泛的阴极兼容性，在Zn||I₂、Zn||KVO、Zn||MnO₂等多种全电池体系中均显著提升了循环稳定性与容量保持率，验证了其实际应用前景。本研究通过仿生分子设计，阐明了DSS添加剂在调控溶剂化结构、诱导晶体取向与平衡界面动力学方面的多重协同机制，为发展高性能、长寿命的水性锌金属电池提供了新的分子设计思路与普适性策略。

我院刘明权副教授为该论文的第一作者，23级硕士生黄一峰为该论文第二作者。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一单位。获得国家自然科学基金项目（22509033）、福建省自然科学基金（2025J01472）、福州市与福州大学合作的产业研究项目（CYYJ250103）、福州大学科研基金（511336、511346）的资助。

文章信息：M .Liu, Y. Huang, H. Hou, Y. Zuo, J. Cai, J. Lei, X Feng, Q Ni, W. Yan, J. Zhang, C Wu “Customized Vertical Zn Deposition and Regulated Interfacial Kinetics via Anti-Inflammatory Biomolecules for Ultra-Stable Zn Metal Batteries”, Adv. Mater. 202521699.

DOI: 10.1002/adma.202521699