研究背景
随着可再生能源发电量表的快速发展，安全，高效和低成本的大规模储能技术的发展已成为能源领域的迫切需求。水生锌离子电池（Azibs）被认为是由于其固有的安全性（水电解质不易燃），低成本（丰富的锌资源）和环保友好型（无毒且易于回收），因此被认为是最有希望的大规模电化学储能技术之一。但是，循环过程中锌阳极的树突生长和侧反应问题严重限制了其周期寿命和实际应用。
阳离子吸附引起的微取效效应：通往无树突锌阳极的途径
Long Jiang*，Yiqing ding，Le Li，Yan Tang，Peng Zhou，Bingan Lu，Siyu Tian*，Jiang Zhou*
纳米 - 麦克罗字母（2025）17：202
S40820-025-01709-0
本文的亮点
1.gd³⁺ion电解质添加剂可显着提高锌负电极的环状可逆性和长期稳定性。
2。gd³⁺离子优先吸附在锌负电极表面的突起上，诱导锌金属的均匀沉积，并实现无树突不含树突的锌负电极。
3。首选的吸附GD³⁺离子在界面处形成水叶电动双层结构，从而降低了水分子和锌负电极之间的直接接触，从而显着抑制了侧反应，例如氢的演化和腐蚀。
内容简介
锌树突的生长是限制锌离子电池开发的关键问题之一。来自中央南大学的周江和来自CNPC的江长的天锡Yu和其他人将GD³⁺离子引入了常规的弱酸电解质中，成功地实现了无树突的无锌金属电沉积。理论模拟和实验表征共同证实了GD³⁺离子优先吸附在锌负电极表面的突起上，从而促进了电沉积过程中微观界面的变平，从而抑制了锌树突的形成。同时，GD³⁺显着抑制了界面的侧面反应，并促进了水合锌离子的脱溶液[Zn（h₂o）₆]²⁺，实现了高度可逆的锌沉积/溶解。基于上述优势，锌负电极在含有GD³⁺离子的改进的电解质中表现出2100小时的循环稳定性，并在1400个周期内保持平均库仑效率为99.72％。此外，1000个周期后，整个电池匹配NH₄V₄O₁₀的容量保留率高达85.6％，这明显好于对照组。这项工作扩大了电池电解质中金属阳离子的应用范围，并加深对多价离子界面调节机制的理解。
图片和文字简介
研究Igd³⁺ion添加剂对电解质特性及其机制的影响的研究
图1将常规硫酸锌电解质（ZSO）中的界面机理与含有GD³⁺离子的ZnSo₄/GD³⁺电解质进行了比较。在传统的ZSO系统（图1A）中，电场分布不均匀会导致溶剂化[Zn（H₂O）₆]²⁺优先沉积在电极突起上，从而触发了树突的三维生长。同时，在界面上形成的富含水的电层（EDL）促进了氢进化反应（HER），从而导致锌金属的连续腐蚀和库仑效率的衰减。相比之下，含有GD³⁺离子的电解质（图1b）显示了双重优势：（1）GD³⁺离子优先吸附在电极浓度的凸表面上，这形成了界面静电屏蔽层，并诱导微观界面触发器，并诱导微观界面扁平化，实现ZINC的ZINCS MENTER SINCERS MENTURS MENTURS MENTER SINCES MENTER SINCS MENTER; （2）gd³⁺离子优先吸附在锌负电极表面上，减少了EDL中的活性水分子，抑制界面侧反应，并显着提高了锌负电极的稳定性和可逆性。
图1。不同电解质系统中锌负电极界面机理的示意图。
图2系统地揭示了GD³⁺离子调节电解质结构的机制。拉曼光谱法（图2A-C）表明，随着gd³⁺离子的浓度的增加，水分子的OH拉伸振动的峰强度减少，证实了GD³⁺离子破坏了水分子之间的氢键网络，从而降低了水分子的反应性。 DFT计算显示（图2D），Zn（002）晶体平面上Gd³⁺离子的吸附能显着低于Zn²⁺和H₂O的吸附能。这种热力学优势使他们能够优先占据锌负电极表面上的吸附位点并消除界面水分子。进一步的结合能分析（图2E）表明，GD³⁺-H₂O的相互作用明显高于Zn²⁺-H₂O的相互作用，从而导致水分子较高。这种差异源于gd³⁺离子的更强电荷和极化能力，其稳定的[gd（h₂o）₉]³⁺结构（图2F）有效地降低了游离的水含量。上述结果表明，具有强阳性电荷的GD³⁺离子可以优先吸附在锌负电极表面上以形成静电屏蔽层，同时调节水分子之间的氢键网络以降低其反应性，从而有效抑制树突生长和室内侧面反应。
图2。电解质的表征和分析：（a）ZSO和ZSO/gd³⁺电解质的拉曼光谱具有不同的GD³⁺浓度； （b）氢键（HBS）反卷积分析和（c）电解质中不同类型的氢键比例的统计； （d）比较Zn的晶体平面上Gd³⁺，Zn²⁺和H₂O的吸附能的比较（002）； （e）gd³⁺和zn²⁺和h₂o之间的结合能； （f）GD³⁺离子溶剂化结构的理论计算结果。
iigd³⁺ion添加剂对锌金属沉积/剥离过程的影响
图3证实了通过多尺度的形态表征，GD³⁺离子对锌金属沉积行为的调节作用。 SEM分析表明（图3A-B），在传统的ZSO电解质中，锌负电极表面表现出典型的苔藓样树突，而沉积的层在添加GD³⁺离子后保持平坦。原位光学显微镜观察（图3C）动态揭示了沉积过程的差异：沉积10分钟后，在对照组中出现了大量的树突突触，而修饰的电解质系统始终保持致密的锌沉积层，并且在界面上没有生成气泡。激光共聚焦显微镜的三维重建结果（图3D-E）进一步量化了GD³⁺离子从3.072μm降低至0.781μm。这些跨尺度的形态证据始终证明，GD³⁺离子可以通过界面调节来实现无树突无锌沉积和对侧反应的同步抑制的双重影响。
图3。关于不同电解质系统中锌沉积行为的研究：（a）在沉积1 mAcm⁻²电流密度后的锌形态SEM图像的比较； （c）不同电解质中锌沉积过程的原位光学显微镜观测； （d）三维共聚焦激光扫描显微镜（3D-CLSM）在ZSO和（E）循环1小时后在ZSO和（E）ZSO/GD³⁺电解质后进行锌电极的成像分析。
图4系统地分析了GD³⁺离子对锌负电极界面稳定性的多重保护机制。浸入实验表明（图4A-B），在传统的ZSO电解质中，在锌表面中产生了大量的硫酸锌（ZHS）副产物，而在嵌入ZSO/GD³⁺电解质中的锌表面上未观察到腐蚀和副产物的痕迹。 XRD的定量分析（图4C）证实，修饰的ZSO/GD³⁺电解质完全抑制了ZHS特征衍射峰。图4D-E示意性地显示了在浸入过程中锌负电极表面的演化过程和GD³⁺离子的工作机理。 Tafel试验显示（图4F），GD³⁺离子将锌负电极的腐蚀电流密度从1.31 mACM⁻²降低至0.154 mACM⁻²，从而显着抑制了锌金属的电化学腐蚀反应。差异电容曲线（图4G）表明，GD³⁺离子的优先吸附大大降低了锌负电极的EDL，证实它成功地排出了界面水分子并将其起始电位从-0.318 V到-0.416 V（图4H）。此外，GD³⁺离子还促进了从无序的二维扩散的锌负电极表面到无树突的三维扩散的过渡，从而消除了传统电解质的尖端效应。
图4。研究不同电解质系统中锌 - 电解质界面的稳定性：（a）在ZSO浸泡6天后的锌电极表面的SEM形态和EDS元素分布图像，并且（b）ZSO/gd³⁺； （c）浸泡后锌箔的X射线衍射（XRD）光谱； （d）ZSO和（E）ZSO/GD³⁺的电动双层结构机理（EDL）结构的示意图； （f）TAFEL曲线的测试结果，（G）差分电容曲线，（H）线性扫描伏安法（LSV）曲线和（i）（i）正时电流（CA）曲线。
IIIGD³⁺电池中离子添加剂的电化学特性
图5揭示了GD³⁺离子添加剂对锌金属沉积动力学和长周期稳定性的调节作用。在不同温度下的电化学阻抗光谱（图5A-B）表明，GD³⁺离子电解质的活化能（EA）从传统系统的20.72 kjmolr⁻下降到18.91 kJmol⁻μ，从而确保了Zn 2. Zn 2. Zn 2. Zn 2的脱溶剂的脱离基础。 CV测试（图5C）表明，在修饰的电解质中，Zn // cu半cell的成核降低，显示出极好的锌金属沉积/溶解可逆性。 Zn // Zn对称电池在1 MACM⁻²的条件下达到了2100小时的稳定周期（图5D），并且该周期仍保持在5 mACM⁻²的高放大倍数（图5E）。图5F所示的SEM显示，GD³⁺离子有效抑制了树突的生长和界面侧反应，从而显着提高了循环中锌负电极的稳定性和可逆性。如图5G所示，在电场的作用下，GD³⁺离子优先吸附在Zn²⁺离子上的表面突起，因此只能在突起周围沉积锌金属，从而诱导显微镜界面的变平并改善锌负电子的性能。
图5。锌金属负电极的电化学可逆性和稳定性的研究：（a）Zn //使用ZSO/GD³⁺电解质的Zn // Zn对称电池的电化学阻抗光谱（EIS）； （b）比较不同电解质中Zn²⁺脱溶过程的活化能； （c）使用ZSO和ZSO/GD³⁺电解质的Zn // cu电池的循环伏安法（CV）曲线； Zn // Zn对称电池的循环性能（d）1 mAcm⁻²，1 mAhcm⁻²和（e）5 mAcm⁻²和2 mAhcm⁻²; （f）循环后锌负电极的SEM形态表征； （g）不同电解质中锌沉积行为机理的示意图。
图6系统地评估了半细胞和全细胞中ZSO/GD³⁺电解质的电化学特性。在Zn // Cu Half-cell（图6A）中，ZSO/GD³⁺电解质使锌负电极在2 mACm⁻²时为1400次，平均库仑效率（CE）高达99.72％。相应的容量电压曲线（图6B-C）证实了锌金属沉积/脱皮的出色可逆性。电化学阻抗光谱（图6D）表明，GD³⁺离子的引入降低了电荷转移抗性，并且没有引入其他氧化还原反应（图6E），表明其作用机理是界面调节而不是参与氧化还原反应。在完整的电池测试（图6F）中，基于ZSO/gd³⁺电解质的Zn //NH₄V₄O₁₀（NVO）电池的容量保留率高达85.6％，骑自行车，高放大倍数为5 aG⁻。在循环SEM之后（图6G-H）表明，修饰组的锌负电极的表面仍然保持平坦而密集的结构，而对照组中出现了大量的树突和多孔锌。此外，基于ZSO/GD³⁺电解质的Zn // NVO全电池的速率性能得到了显着提高（图6i），显示电化学性能远远超过对照组的电化学性能。
图6。ZSO/GD³⁺电解质的电化学性能表征：（a）Zn // cu细胞在2 mACM⁻²和1 mAhcm⁻²下的锌沉积/溶解库仑效率（CE）； （b）Zn // Cu电池电压曲线由ZSO/GD³⁺电解质组装而成； （d）Zn // NVO全电池的电化学阻抗光谱（EIS）和（E）循环伏安法（CV）曲线； （f）Zn // NVO全电池的循环性能在5 ag⁻当电流密度下； （g）Zn // NVO全电池由ZSO和（h）ZSO/GD³⁺电解质组装的电解质在1000个周期后锌负电极的SEM形态； （i）Zn // NVO全电池的速率性能在不同的电流密度下。
IV摘要
这项研究将GD³⁺离子作为添加剂引入了传统的硫酸锌电解质系统，成功地实现了高度可逆且高度稳定的锌负电极。实验已经证实，吸附在电极表面上的GD³⁺离子具有双重调节作用：一方面，它通过诱导显微镜界面变平并防止锌树突的生长来消除锌金属沉积的不平衡；另一方面，它通过替换界面水分子来形成水叶双层结构，从而有效抑制侧反应。 Zn //使用ZSO/GD³⁺电解质的Zn对称电池在1 mACM⁻²和1 mAhcm⁻²下显示出极好的循环稳定性超过2100小时。同时，Zn // Cu不对称电池在1400个周期中的平均库仑效率为99.72％。 Zn // NVO全电池在循环1000次以5 ag⁻为5 a的电池循环1000次后保持容量的保留率为85.6％。
作者个人资料
周江
本文的第一作者
中央南大学教授
▍梅恩研究领域
基于锌的储能材料和设备，锂/钠离子电池。
▍梅恩研究结果
中央南大学皇家化学学会教授，中央南部大学北南大学技术大学的联合培训博士学位教授，美国马萨诸塞州理工学院的博士后学位。被选为针对年轻杰出人才的国家高级人才特别支持计划，霍南省科学技术创新，一位敏锐的科学家和ASVI中国高级学者。 Nano-Micro Letters的副编辑，《国家科学评论材料学科》，《化学学会咨询委员会评论》的成员和NAT等期刊的特别顾问审稿人。能量，纳特。化学复兴所。在过去的五年中，研究结果已在自然界等一流的国内外期刊中作为一名或相应的作者发表。科学。 Rev.，Adv。 Mater。，Energy Environ。 Sci。，Angew。化学，物质，科学公告和其他一流的国内外期刊。这些论文已被引用超过36,000次，并被选为100多篇引用的ESI论文，40多篇热门报纸，其中3篇是“中国最有影响力的国际学术论文”，并在湖南省获得了一项二等奖。他主持了国家高级人才项目，中国国家自然科学基金会（2），中国青年科学基金会，荷兰杰出青年科学基金会等。
▍email：
江朗
本文的通讯作者
新能源研究所中国石油公司工程材料研究所有限公司的主任
▍梅恩研究领域
钙钛矿，储能材料。
▍梅恩研究结果
Jiang Long博士在日本国家材料科学研究所（NIMS）完成了博士后研究。他目前是中国新能源研究所国家石油公司工程材料研究所有限公司的主管兼高级工程师。其主要的研究方向是钙钛矿光伏材料和高性能的电池储能技术。它连续主持了10多个国家科学研究项目，包括主要的国家石油和天然气项目，国家关键研发计划，国家自然科学基金会以及中国石油集团的主要科学和技术项目。
▍email：
天锡
本文的第一作者
中央南大学讲师
▍梅恩研究领域
基于锌的储能材料和设备，界面调节。
▍梅恩研究结果
Dr. Tian Siyu received a bachelor's degree from Huazhong University of Science and Technology in 2014, a master's degree from the school in 2017, and a doctorate from the University of Texas, Dallas in 2023. In 2024, he joined Professor Zhou Jiang's team at Central South University, mainly engaged in research on key materials and interface regulation of water-based zinc ion batteries.在过去的五年中，他在高级国内外期刊（例如Adv）上发表了10多篇论文。 Energy Mater。，ACS Nano，Nano-Micro Lett。，被选为ESI高引用和热点纸之一。他主持了两个省和市政自然科学基金会项目。
▍email：
撰写人：原始作者
90%以上大宗货物靠船舶运输，探秘大连海事大学轮机工程学院
在当今的世界中，超过90％的散装货物是由船只运输的，每天在海上驶入数万艘船，为全球经济和文化交流建造了桥梁。如果这些“大个子”拥有成千上万吨或成千上万吨的“大个子”，可以在不可预测的海上顺利进行航行，那么它们与由首席工程师代表的“涡轮机”和大型管轮和大型管道代表的“涡轮机”和大型管子的管理和维护密不可分。当涉及到涡轮人才的种植时，我们必须提到我国的“航海家” - 达利安海事大学。这个问题的推动，让我们去海达涡轮工程学院，一起谈论他们的故事。
70年的超速，强大的力量
在建立新中国之后，为了使海洋教育适应国家经济建设的需求，中央人民政府决定专注于开设一所新的海上学院。 1953年，上海航运学院，福建导航学院和东北导航学院合并成构成达利安海事运输学院，这是我国唯一的高级导航机构。在学校成立的同时，也正式建立了涡轮工程学院的前身涡轮机部。
上海上海高等工业学校的达利安海事大学的前身，上海
经过将近70年的抛光，从最初的涡轮部门到涡轮工程分支，然后再到涡轮工程学校，几代涡轮工程师已经世代相传，将大学推向了一个又一个又一个的建筑峰，并将该学院建立成一个重要的科学研究基础，并在我国在我国的海上运输领域的高级人才培训基地。
根据其强大的教学和科学研究的力量，涡轮机工程学院在纪律构造方面取得了成果。作为“船舶和海洋工程”下的次要纪律，该学院的机械工程学科开始在1960年从事研究生学*的培训。1981年，它是授予硕士学位的第一批授予权利的权利，这是1986年被授予博士学位的权利。它被列为1992年的《 dominth in in Impline of Nations inty Impline in nation of Nation》的关键纪律，并在1992年的《纪念日》中脱颖而出。评估在2017年，“船舶和海洋工程”的学科跻身该国前十名。
Since Dalian Maritime University entered the ranks of national "first-class universities and first-class disciplines" construction universities, as the leading construction unit of the discipline of "Ship and Marine Engineering", the School of Turbine Engineering has helped discipline and determine five disciplines, including turbine management and power engineering, ship hazard pipe pollution prevention and energy conservation, rescue and salvage and subsea engineering, ship electrical and control engineering, and ship and海洋结构设计和制造业成为学校“双重一流”结构中的核心力量之一。
独特的专业和强大的教师
涡轮工程学院是海达大学校园的一所独特大学。除了半军事管理的独特文化外，学校还拥有“涡轮工程”专业的专业，这也是该学院的特征之一。但是，作为达利安海事大学的支柱专业之一，这位专业不是“单身”，而是具有丰富的发展方向。
“涡轮工程”专业包括两种类型：涡轮工程（海上专业）和涡轮工程（陆上专业）。其中，涡轮工程（离岸专业）分为离岸方向，海洋设备技术和管理方向。进入21世纪后，在学院强大的纪律力量的支持下，涡轮机工的专业在2005年被评为狮子省的示范专业，并被评为民族特征专业和国家海洋专业人才培训模型创新实验区。 2011年，它被评为借用胎儿本科综合改革的试点专业。 2013年，它被选为优秀工程师教育部的培训计划。 2017年，它被评为借用胎儿的创新和企业家教育改革的试点专业。 2018年，它被评为借用贷款省一流本科教育的示威专业。 2019年，它被评为一流的本科生主要建设点。 2020年，它通过了英国涡轮工程与海事技术学院（IMAREST）认证。近年来，达利安海事大学的涡轮工程专业一直是国内主要排名的首位。以软科学（2021年6月）发布的“ 2021年中国大学主要排名”为例，主要排名是该国第一名，并被评为“ A+”。
除了学科的力量外，教师和平台条件也是专业建筑的支柱之一。该学院目前有146名全职教师，包括31位教授，70多名副教授，18名拥有资格证明的首席工程师的教师，以及在借着借用的省份的6位著名的教学教师以及3个在Liaoning Province的优秀教学团队。此外，该学院设有一个国家工程实践教育中心，一个国家虚拟模拟实验教学中心，一个援助省跨专业综合实验培训平台，五个省级和部长的主要实验室，两个省级实验教学示范中心以及四个省级专业和技术创新中心。
在扎实的教学条件下，涡轮工程专业的专业产生了大量的国家教学成绩。该少校目前有6个国家级的计划教科书，6个国家一流课程，1个国家高质量课程，国家高质量的视频开放课程以及国家高质量的在线开放课程。它们与学院的教师，教学和科学研究平台一起，为培养科学研究成果和专业人才构成了肥沃的基础。
科学研究和教育，富有成果的结果
涡轮是船的心脏，将人类从浅蓝色推向深蓝色。在促进涡轮机领域的科学和技术进步的团队中，总涡轮机中总会没有失踪人员。
近年来，涡轮工程学院遵守了国家战略，并专注于外国技术垄断和行业颈部问题。它主持了150多个国家，省和部长垂直科学和技术项目的完成，主持了5个主要的国家和关键项目，发表了500多个高级学术论文，获得了60多个国际和国家发明的专利授权，并获得了2项国家标准以及5个行业标准，并获得了100多个行业的技术进步。涡轮机学院建立的无人船舶系统和设备关键技术的运输行业的主要实验室已经开发了许多原始的地标成就，该成就强烈支持建设强大的运输国家和强大的海上国家。 Haida Turbine主办或参与的项目获得了国家技术发明的第二项奖项和国家科学技术进步奖的二等奖项，以及鉴于Liaoning Proutine Technology Technology发明的第一项奖项和Liaoning Province Science and Technology Progress奖。
达利安海事大学的涡轮工程学院为我国的海洋产业提供知识支持，但也为我国的“蓝色旅程”提供了大量出色的专业人才。截至目前，已经培训了20,000多名毕业生，包括科学家，教育工作者，管理精英和港口企业和机构的技术主持人，新中国的第一位女性工程师，国家的劳动力，共和国部长，将军和将军...向我们的国家乃至我们国家乃至世界运输行业注入了迅速的动力。
Wang Yafu，我国家的第一位女高级工程师（1954年校友）
Huang Xianyao（1978）中华人民共和国运输前副副部长和党领导力小组的成员，第19届中央委员会第三轮检查的第一检查团队负责人
Wang Hong（1982）中国商人集团有限公司副总经理
柬埔寨霍达企业有限公司的董事长，王吉恩勋爵（1985）
在过去的三年中，学院涡轮工程学（海上专业）和涡轮工程（陆上专业）的平均就业率分别为97.7％和96.2％，平均入学率为11.9％，平均入场率为27.3％。涡轮专业的毕业生批准了主要的运输公司，造船厂，分类社会，海上管理部门和科学研究学院，他们继续写下海达涡轮机人的“蓝色传说”。
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本文的来源：达利安海事大学涡轮工程学院官方网站/官方微博，达利安海事大学本科招生办公室软系
