构建锌（Zn）电极的固态电解质界面（SEI）是稳定锌电极/电解质界面的有效策略。然而，单层SEIs锌电极在重复锌沉积/剥离过程中会发生破裂并随之失效。
2024年9月29日，中国科学技术大学应用化学系陈维特任教授、中国科学技术大学化学物理系李震宇教授、华南理工大学电子显微中心王宇教授团队在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Robust bilayer solid electrolyte interphase for Zn electrode with high utilization and efficiency》的研究论文，中科大博士生孟亚寒、王明明、博士后王家志为论文共同第一作者，陈维教授、李震宇教授、王宇教授为论文共同通讯作者。
陈维，中国科学技术大学应用化学系特任教授。2008年本科毕业于北京科技大学；2010年、2013年于阿卜杜拉国王科技大学获硕博学位，博士期间的导师：Husam Alshareef教授；2014-2018年于斯坦福大学从事博士后研究工作，合作导师：崔屹教授；2019年入职中国科学技术大学。
陈维教授的主要研究方向为1. 氢气二次电池的开发与应用；2. 新型水系离子储能电池；3. 电催化剂的微观调控与机理探索。自从陈维教授独立建组以来，作为（共同）通讯作者在Chemical Reviews、Nature Communications、JACS、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Nano Letters、ACS Catalysis、eScience、Energy Storage Materials等国际期刊发表学术论文30余篇，论文总被引8000余次，H因子44。
李震宇，中国科学技术大学化学物理系教授，国家杰青。1999年在中国科学技术大学少年班获学士学位，2004年博士毕业于中国科学技术大学，导师：杨金龙教授。2004-2007年先后在美国马里兰大学、美国加州大学Irvine分校从事博士后研究，合作导师：Prof.Daniel Kosov、Prof. Shaul Mukamel，2007年加入中国科学技术大学。
李震宇教授的主要研究方向为动力学过程与化学反应的微观机理、功能材料的理论设计与计算表征、分子器件的输运性质、密度泛函理论及相关数值方法、蛋白质分子电子光谱的理论模型。
王宇，华南理工大学电子显微中心教授。2009年本科毕业于南京大学，2016年在厦门大学取得博士学位，2016-2021年先后在阿克伦大学、加州大学伯克利分校/劳伦斯伯克利国家实验室从事博士后研究，2021年加入华南理工大学。
王宇教授的研究方向为1.可控自组装杂化材料：面向量子与能源应用；2.原位表征技术：发展面向组装体系的原位透射电镜与原位X射线衍射技术；3.材料化学中的人工智能：对表征数据、化学合成与组装规律、材料结构与效率关系的智能分析与预测。
作者提出通过添加1,3-二甲基-2-咪唑啉酮作为代表性的电解质添加剂来构建坚固的双层SEI，同时实现均匀的Zn2+传输和持久的机械稳定性，以实现高锌利用率（ZUR）和锌电极的库仑效率（CE）。
Zn表面的双层SEI由富含ZnCO3的结晶外层和富含ZnS的非晶态内层组成。有序的外层提高了循环过程中的机械稳定性，非晶内层使 Zn2+传输均匀化，从而实现均匀、致密的锌沉积。因此，双层SEI能够实现4800次循环的可逆锌沉积/剥离，平均CE为99.95% (±0.06%)。
同时，在面积容量为28.4mAhcm−2的情况下，Zn | |Zn对称电池表现出超过550h的耐用寿命，ZUR高达98%。
此外，基于双层SEI功能化锌负极与不同正极耦合的锌全电池在高ZUR下均表现出稳定的循环性能。
图1：不同SEIs对Zn沉积功能示意图
图2：SEI的纳米结构和组成表征
图3：双层SEI的化学组成和机械稳定性的界面研究
图4：双层SEI形成机制
图5：有/无双层SEI的Zn电沉积形貌表征
图6：Zn电极的电化学性能（25°C）
图7：高ZURs下低N/P比和全电池的电化学性能（25°C）
综上，该研究提出了一种坚固的双层固态电解质界面（SEI），这种双层SEI能够在4800个循环中实现可逆的锌沉积/剥离，平均库仑效率高达99.95%，同时在高面积容量下实现了550小时以上的稳定循环寿命，具有高ZUR。
此外，基于双层SEI功能的锌负极与不同正极结合的全电池在高ZUR下展现出稳定的循环性能。这一研究不仅为锌电极的稳定性和效率提升提供了一种有效的策略，也为开发高能量密度、高安全性的锌离子电池开辟了新途径，具有重要的应用前景。
Meng, Y., Wang, M., Wang, J.et al. Robust bilayer solid electrolyte interphase for Zn electrode with high utilization and efficiency. Nat Commun 15, 8431 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52611-z
