近日，bv伟德国际体育新型电池物理与技术教育部重点实验室王晓峰教授团队在水系锌离子电池研究方面取得重要进展，相关成果以“Preferred Orientation Deposition via Multifunctional Gel Electrolyte with Molecular Anchor enabling Highly Reversible Zn Anode”为题发表在国际权威期刊《Small》上。

近年来，水系锌离子电池以其高安全性、低成本和高体积容量成为电化学储能领域的研究热点。然而，电化学反应过程中电场的不均匀分布导致Zn²⁺在负极表面局部区域聚集形成枝晶。同时由于水分子的高活性导致的析氢反应不可逆地消耗了电极材料和电解质，降低了电池的寿命和库仑效率。这些挑战严重阻碍了水系锌离子电池的进一步发展。

基于此，该工作利用壳聚糖和叶绿素衍生物天然生物材料设计了一种具有多重分子锚的新型凝胶电解质（CGC凝胶电解质）。结合实验结果和第一性原理计算发现，CGC凝胶电解质通过三元氢键牢固地锚定了水分子，降低了水分子的活性，有效抑制了析氢反应。同时，多重带电官能团实现了锌离子的梯度诱导和再分配，引导Zn定向（002）面沉积，获得了无枝晶锌负极。因此，该凝胶电解质展现了1700 h的长循环寿命和99.4%的库伦效率。以0.5 A g^-1在Zn||V₂O₅全电池中循环600圈后获得了81.7%的容量保持率，同时在软包电池中也展现了一定的柔韧性。该凝胶电解质策略为实现高度可逆锌负极提供了理论参考。

论文第一作者为bv伟德国际体育2020级凝聚态物理专业博士研究生许雨婷，通讯作者为王晓峰教授。该工作得到了国家自然科学基金面上项目的资助。

论文全文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202304463