基于多特征尺度健康因素的集中式策略学习在锂离子电池剩余寿命预测中的应用

为解决锌离子电池(ZIBs)锌负极存在的枝晶生长、析氢反应(HER)、腐蚀和钝化等问题，西安科技大学安全科学与工程学院团队创新性地构建了SiO2@PMMA复合界面涂层。该涂层通过增强机械强度与离子电导率，实现Zn2+均匀沉积，抑制副反应，使对称电池在3 mA cm?2下获得2200小时超长循环寿命，全电池展现优异倍率性能。研究为ZIBs应用拓展提供技术基础。

　　

随着能源存储需求的爆发式增长，锂离子电池虽占据主导地位，却面临有机电解液毒性、易燃性及锂资源短缺等瓶颈问题。相比之下，水系锌离子电池(ZIBs)凭借高体积能量密度、低氧化还原电位和本征安全性崭露头角。然而，锌负极的枝晶生长、析氢反应(HER)、腐蚀和钝化等问题如同"隐形杀手"，不仅导致电池容量骤降，还可能引发安全隐患——枝晶穿透隔膜会造成短路，HER产生的氢气甚至会引起电池膨胀爆炸。更棘手的是，这些副反应形成的绝缘副产物如ZnSO₄[Zn(OH)₂]₃-xH₂O，虽能暂时抑制阳极溶解，却大幅降低锌离子传输的可逆性。

西安科技大学安全科学与工程学院的研究团队独辟蹊径，通过将商用二氧化硅(SiO₂)均匀分散于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基质中，构建了具有"双网络结构"的复合涂层。这项发表于《Journal of Energy Storage》的研究显示，该涂层如同给锌负极穿上"智能防护服"：PMMA长链中的羰基(C=O)作为锌亲和位点引导Zn²⁺均匀沉积，而SiO₂网络则通过静电排斥效应提升Zn²⁺迁移数。更巧妙的是，SiO₂如同"分子级锚点"，通过降低PMMA结晶度增强链段运动，形成离子传输高速公路。

研究采用旋涂法制备SiO₂-PMMA@Zn电极，通过电化学测试、材料表征结合理论计算验证性能。对称电池测试显示，改性电极在3 mA cm^?2下实现2200小时稳定循环，远超裸锌电极的200小时。全电池与V₂O₅正极匹配时，2000次循环后仍保持116.3 mAh g^?1的容量，容量保持率提升300%。

结果与讨论部分揭示：1）形貌表征证实SiO₂均匀分散形成次级网络；2）X射线光电子能谱显示涂层有效阻隔电解液接触，HER反应峰降低80%；3）分子动力学模拟表明SiO₂使PMMA自由体积增加15%，促进Zn²⁺传输。结论指出，这种"刚柔并济"的涂层设计既通过物理屏障抑制副反应，又利用化学调控实现离子定向传输，为ZIBs的实际应用提供了可规模化生产的解决方案。该工作被审稿人评价为"将基础研究与工程应用完美结合的典范"，其技术路线可延伸至其他金属电池体系。