摘要：2025年2月2日，中国海洋大学吴敬一教授、美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授在Nature Communications上发表了题为《All-natural charge gradient interface for sustainable seawate

由于其本征的安全性、极低的成本和无限量的水源，锌（Zn）金属电极对海水电解液的分离已成为海上固定式储能最可持续的替代方案之一。

然而，鉴于海水中存在氯离子和络合阳离子，稳定海水电解液中的Zn金属负极仍然是一个巨大挑战。

2025年2月2日，中国海洋大学吴敬一教授、美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授在Nature Communications上发表了题为《All-natural charge gradient interface for sustainable seawater zinc batteries》的研究论文。范文杰为论文第一作者，吴敬一教授、余桂华教授为论文共同通讯作者。

吴敬一，中国海洋大学教授。2005年本科毕业于复旦大学；2006年、2007年分别于芝加哥大学（美国）、普渡大学（美国）获得硕士学位；2015年至2019年博士就读于华中科技大学，导师黄云辉教授；2019年至2022年期间曾于华中科技大学、德州大学奥斯丁分校（美国）从事博士后工作，合作导师：黄云辉教授、余桂华教授；2022年至今为中国海洋大学教授。

研究方向为新型复合材料的设计及其在下一代二次电池中的应用，包括固态电解质与电解液优化、锂负极界面与结构设计、电极微结构调控等。

余桂华，美国德克萨斯大学奥斯汀分校教授，美国科学促进会会士。2003取得学士学位并获本科生最高奖“郭沫若奖学金”，2009年于哈佛大学获得博士学位，师从美国科学院院士和世界纳米领域著名科学家Charles Lieber教授。2009年于斯坦福大学师从鲍哲南教授和崔屹教授从事博士后研究员工作。2012年加入德克萨斯大学奥斯汀分校。

余桂华教授团队的研究重点是新型功能化纳米材料的精确设计和绿色合成，尤其是对能源和环境凝胶材料的开创性研究，对其化学和物理性质的表征和探索，以及推广其在能源，环境和生命科学领域展现重要的技术应用。

在本文中，研究人员揭示了氯化物点蚀会引发负极腐蚀并加剧枝晶沉积，从而导致电池快速失效。

随后，研究人员报道了一种电荷梯度负极界面设计，该设计消除了氯化物诱导的腐蚀，并在1 mA cm-2/1 mAh cm-2的天然海水电解液中实现了1300小时以上可持续Zn沉积/剥离性能。

生物质多糖通过扩散控制的静电络合作用形成的负电荷逐渐增强，有助于排斥氯离子的不利积累，同时加速锌离子的扩散。

海水基Zn||NaV3O8·7H2O电池初始面积放电容量达到5 mAh cm-2，并且能够在500 mA g-1的条件下运行超过500个循环。

图1：Zn金属负极在NS电解液中的腐蚀机理

图2：CGI的结构表征

图3：离子在CGI中的传输行为

图4：NS电解液中不同Zn金属负极的电化学性能

图5：NS基Zn||NaV3O8·1.5H2O全电池的电化学性能

综上，本文提出了一种电荷梯度界面（CGI）设计，用于稳定海水电解液中的Zn金属负极，解决了氯化物引发的腐蚀和枝晶生长问题。研究发现，CGI通过排斥氯离子并加速锌离子扩散，实现了超过1300小时的稳定锌沉积/剥离性能，并显著提升了海水基Zn‖NaV3O8·7H2O电池的循环寿命。该技术为海上可再生能源的固定式能源存储提供了一种高效、低成本的解决方案，具有显著的经济和环境效益，展现出广阔的应用前景。

Fan, W., Zhu, C., Wang, X. et al. All-natural charge gradient interface for sustainable seawater zinc batteries. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56519-0.

【做计算 找华算】

我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。

我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。

来源：华算科技