大规模新能源存储对低成本、高安全、长寿命和可持续发展电化学储能技术的迫切需求将水系锌离子电池（AZIBs）推向了研究的前沿和热点。然而，锌金属负极的锌枝晶和副反应导致一系列问题，包括容量较低、库仑效率不高、循环稳定性差等。为了克服上述重要问题，发展摇椅式AZIBs是一个重要策略与途径。不同于Zn²⁺在传统的锌金属负极上的直接沉积/剥离，摇椅式AZIBs是通过Zn²⁺在正负极的嵌入/脱嵌过程实现电能与化学能的相互转换。由于摇椅式AZIBs无金属负极，消除了枝晶生长和腐蚀等过程，其独特优势激发了人们对发展摇椅式AZIBs负极的极大兴趣。然而，相关研究仍处于起步阶段，目前的关键挑战是如何提高材料存储容量，解决材料循环稳定性等问题。

基于此，博士研究生蔡鹏在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表了题为Advanced In Situ Induced Dual-Mechanism Heterointerface Towards Ultrastable Aqueous Rocking-Chair Zinc-Ion Batteries的文章。该文章提出了一种先进的双电场原位诱导嵌入/转化双机制Na_1.6TiS₂/CuSe₂的异质界面负极，并成功用于构建高稳定AZIBs。不同相间巨大异质界面的合理结构设计产生了内建电场，降低了离子迁移的能垒，促进了电子/离子扩散，降低了电荷转移电阻，从而实现了优异的Zn²⁺扩散动力学，并有效提高了材料的稳定性。

要点一：TiS_1.34Se_0.66纳米板的构建

通过固相法真空煅烧合成TiS_1.34Se_0.66纳米板，利用TiS_1.34Se_0.66纳米板构建异质界面，并通过电场的诱导过程原位自发生成TiS₂/CuSe₂异质界面。DFT-MD计算显示S-Se键的峰值强度随着放电的进行而降低，这表明在放电过程中共价的S-Se键键强下降，Ti周围S的配位数随着放电过程而增加。在放电过程中，S-Se配位数逐渐减少，标志着S-Se键共价作用逐步下降。因此，TiS_1.34Se_0.66的放电机制涉及Ti-S键的变形和S-Se的配位数的变化，说明Na嵌入过程可以加速异质结构的形成。

要点二：异质界面的构建

TiS_1.34Se_0.66纳米板在诱导Na⁺插层过程中首先发生阴阳离子间的强静电作用，打破了Zn²⁺扩散的固定晶格间距和存储限制。同时，Na阳离子在局部结构中实现了结构演化，形成支撑框架。Na⁺的引入加速了局部电荷补偿过程，并加速了异质面的形成随机短程有序结构可以增强反应性，减少Zn²⁺插入引起的体积变化。此外，Na⁺的引入可以增强活性位点的局部电子转移能力，迅速实现电荷平衡，提高了多电子转移效率，增加来存储容量。

要点三：双电场调控异质界面的构建

Na插入TiS_1.34Se_0.66纳米板将原位生成双机制的Na_1.6TiS₂/CuSe₂异质结构。对于双机制的异质界面，合理构建不同相间的巨大异质界面可以产生内置电场，降低能量屏障，改善Zn²⁺的迁移。通过可逆的结构演化，双机制Na_1.6TiS₂/CuSe₂异质面中BEFs的形成可以增强电子/离子的迁移，降低电荷转移阻力，并建立良好的导电网络。因此，构建的异质面具有连续的离子传输路径和良好的形态和微观结构特性之间的平衡，双机制Na_1.6TiS₂/CuSe₂异质结构可以提供较高的存储容量。

前瞻

当前对摇椅型锌离子电池负极的了解和研究仍然有限。由于二价锌离子的强静电相互作用，锌离子的嵌入和脱出可能破坏原有的结构，因此对于摇椅型锌离子电池负极的储能/失效机理需要更多的表征和更深层的理解。理论模型的构建对于构建稳定的AZIBs也具有重要指导作用。其他因素（如电解液的匹配机制）对界面的影响也有待进一步研究。

发表时间：2022.8.31

文章链接

Advanced In Situ Induced Dual-Mechanism Heterointerface Towards Ultrastable Aqueous Rocking-Chair Zinc-Ion Batteries

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202202182