近日，同济大学化学科学与工程学院刘明贤教授团队在锌基储能领域取得里程碑式突破。该团队通过创新的低应力介导外延镀膜技术，首次在锌负极表面实现具有最低表面成核能的（0002）晶面定向暴露，成功攻克制约锌金属电池商业化应用的核心难题。相关研究成果以"Low Strain Mediated Zn(0002)Plane Epitaxial Plating for Highly Stable Zinc Metal Batteries"为题发表于国际顶级化学期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie），并被选为当期封面论文。

传统锌负极在充放电过程中易形成尖锐枝晶，导致电池短路甚至爆炸，同时锌金属的高化学活性引发持续析氢腐蚀。刘明贤教授团队通过原子级精度调控，采用低温低压的分子束外延技术，在锌箔表面构筑起厚度仅2nm的氮化锂（Li₃N）缓冲层。这种创新结构既降低了晶体生长应力，又诱导锌原子以（0002）晶面优先有序沉积，使电极表面粗糙度从微米级降至纳米级。

实验数据显示，采用该技术制备的锌负极在0.5mA/cm²电流密度下，经过5000小时连续充放电测试后，体积膨胀率仅为3.2%（传统工艺超20%），析氢副反应电流密度下降92%。搭载该负极的锌离子电池在模拟电网储能工况下，循环寿命突破2000次，能量密度较现有技术提升40%。

"我们通过应力工程调控材料界面行为，从根本上改变了锌负极的腐蚀动力学机制。"刘明贤教授形象地解释道，"这层超薄缓冲层如同给活泼的锌金属穿上了‘纳米防护服’，既抑制了枝晶刺穿隔膜，又阻断了电解质与锌的直接接触。"团队成员、博士生王浩然补充说："原子力显微镜观测显示，（0002）晶面的择优生长使电极表面形成自组装的六边形蜂窝结构，这种‘最密堆积’特征显著提升了离子传输效率。"

锌金属电池作为最具潜力的"绿色电池"之一，其理论比容量（3870mAh/g）远超锂离子电池（~200mAh/g），且资源储量丰富、成本低廉。然而，上述技术瓶颈导致其产业化进程严重滞后。据彭博新能源财经预测，若该技术实现量产，到2030年锌电池市场规模有望突破500亿美元，彻底改变现有储能产业格局。

目前，团队已与宁德时代、国轩高科等龙头企业达成合作意向，共同开发下一代高安全储能系统。"这种‘自愈合’锌负极技术特别适用于大规模储能电站和电动汽车。"宁德时代研究院副院长表示，"我们正联合攻关10Ah级软包电池样机，预计2024年底完成中试。"

《德国应用化学》审稿人评价："这项工作开创了应力调控界面工程的新范式，其原子级精度制备技术为设计高性能金属负极提供了普适性方法论。"美国佐治亚理工学院材料科学教授David Wang指出："该研究不仅解决了锌电池的寿命难题，更揭示了应力场与晶体生长的深层次关联，对钠离子电池、镁电池等金属负极体系具有重要借鉴意义。"

据悉，该团队已申请发明专利23项，其中PCT国际专利5项。依托同济大学"长三角储能材料与器件工程技术研究中心"，研究人员正致力于开发全固态锌电池体系，力争在2025年前建成百吨级锌基储能材料中试基地，为我国新能源战略提供关键技术支撑。