在全球范圍內，電池技術的發展已經難以滿足人類社會對未來的期望。這些美好的期望，進一步對科學家和工程師科技創新提出了更高的要求：更高的能量密度、更快的充電速度、更安全、更廉價。于是，在鋰電池之外，基于多價金屬的鋅電池、鎂電池、鋁電池等新一代電池走進人們的視野。這些電池具有超高的理論容量、豐富的地球儲量，被譽為下一代儲能技術解決方案。然而，無論是哪一種電池，在充電過程中總會產生無序的金屬結晶，從而導致負極可逆性差循環壽命較低，這是金屬基電池技術應用以來長期面臨的關鍵挑戰。研究表明，電池電極和電解質之間的化學/電化學轉化形成的中間相，對于調節金屬負極的離子傳輸和電沉積形態至關重要。在鋰電池中，通過設計良好的固體電解質中間相 (SEI)可以促進離子去溶劑化，排斥帶電界面處的游離電解質分子，以及操縱局部離子傳輸電動勢。問題在于：對于高容量負極材料而言，在電池進行深度循環的實際應用過程中，人造SEI通常會發生破裂，電解質成分將會進入負極并被還原，導致消電解質被消耗并顯著降低負極的可逆性。為了解決這些問題，科學家發展了各種各樣的策略，但是都沒有得到徹底改善。為了在電池內部形成動態中間相以調節低容量或高容量的金屬沉積，中間相必須至少滿足三個標準：1）必須是不導電的，以便于金屬進行電沉積而不會發生自動短路；2）必須是各向異性的，并且在電場下表現出優先取向；3）必須表現出與特定金屬晶面的強相互作用，實現特定方向的優先沉積生長。基于以上認識，浙江大學陸盈盈研究員，康奈爾大學Lynden A. Archer等人選擇研究Zn金屬負極作為模型體系，系統研究了動態界面介導的組裝如何實現深度循環金屬電池。作者認為，Zn金屬負極優點突出，可以使用水作為電解質溶劑，具有相對較高的體積容量（Zn：5855 A·h L-1）。相比之下，石墨負極為 790 A·h L-1，鋰負極為 2066 A·h L-1。此外，Zn金屬負極具有本質安全性和成本效率特性。在液/固界面，Zn的楊氏模量 (Zn, 108 GPa) 比其他金屬更高 (Mg,45 GPa; Al, 69 GPa)，強大的 Zn 沉積物很容易突破任何障礙，使電池不容易短路，這就意味著基于 Zn 的電池對金屬的不均勻/不致密沉積的耐受性要低得多。研究人員首先在含有石墨化 C3N4 (g-C3N4) 納米片的簡易膠體電解質中形成人工中間相，然后通過動態吸附的形式，得到致密且垂直排列的 Zn 電沉積。之所以選擇g-C3N4納米片，是因為它們與六方密堆積 (HCP) Zn 的晶體學高度匹配，可以在沉積/剝離過程中動態吸附/解吸在(0002) Zn 晶面上。圖2. 電場作用下，取向中間相和Zn電沉積形成過程原位定量實驗表明，有序的Zn沉積導致每個循環期間Zn的消耗量顯著減少，副產物的積累也得到明顯改善。在人工界面的動態調節下，研究團隊實現了在深循環條件下（6~20 mA·h cm-2）高達~99.8%的Zn可逆性，堪稱前所未有！此外，累積容量也高達2520 mA·h cm-2，適用于面積容量高達 20 mA·hcm-2 的實用性水性Zn金屬電池（AZMB）。作者認為，動態界面的概念還可以擴展到Mg和Al電等多價金屬電池中，實現Mg和Al電沉積的致密組裝，為深循環金屬電池的發展提供了一條全新的途徑。2010年6月畢業于浙江大學化學工程與生物工程學院，獲得學士學位;2014年6月獲得美國康奈爾大學（Cornell University）博士學位;博士畢業后在康奈爾大學和斯坦福大學（Stanford University）從事能源材料領域博士后研究工作。2015年入選國家海外人才引進計劃（青年項目）;于2015年10月全職回浙江大學工作。
獨立工作以來，發表SCI論文40余篇，引用6300余次，H因子為36。其中以第一/通訊作者在Nat. Mater. 、Sci. Adv.、Nat. Commun. 等期刊上發表論文32篇，4篇為ESI高被引論文。主持國家自然科學基金委優秀青年基金、面上項目2項、國家重點研發計劃1項（青年首席）；入選中組部“萬人計劃”領軍人才、國家科技部中青年領軍人才計劃。擔任中國化工學會儲能工程專委會副秘書長、Wiley旗下Nano Select期刊副主編、《過程工程學報》及Green Energy & Environment期刊編委；組織建設了“浙江省電化學能源儲存工程創新團隊”、浙江大學儲能工程研究中心。已授權國內外專利8項，與上海汽車集團、浙江浙能技術研究院、浙江藍德能源科技等企業開展研發合作。獲《麻省理工科技評論》中國區35歲以下科技創新35人、香港求是基金會“求是”杰出青年學者獎、“侯德榜”化工科學技術青年獎，并當選第十三屆中華全國青年聯合會委員。Weidong Zhang, et al,Dynamic interphase–mediated assembly for deep cycling metal batteries, Sci.Adv. 7, eabl3752 (2021)DOI: 10.1126/sciadv.abl3752https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl3752
