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張寧/王任衡ACS Nano：水系電解液引入有機助溶劑實現(xiàn)更穩(wěn)定鋅金屬負極！

可充水系鋅（Zn）電池因其低成本、高安全性和環(huán)境相容性而被看好，但其應(yīng)用受到鋅金屬負極嚴重的不可逆性的阻礙，例如水引起的副反應(yīng)（析氫和Zn腐蝕）和枝晶生長。

河北大學(xué)張寧、深圳大學(xué)王任衡等發(fā)現(xiàn)在稀水電解液中引入疏水性的碳酸酯助溶劑比引入親水性的助溶劑更有能力解決鋅負極面臨的可逆性問題。

圖1 疏水性有機助溶劑的選擇原則

在典型的碳酸酯（碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯（DEC））中，DEC作為最疏水的添加劑能夠最有力地打破水的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，并取代溶解在Zn²⁺-溶解鞘中的H₂O，這大大降低了水的活性及其分解，并抑制Zn的界面副反應(yīng)。此外，DEC分子可優(yōu)先吸附在Zn表面，形成一個不含H₂O的雙電層，從而導(dǎo)致無枝晶的鋅沉積行為。

圖2 半電池性能

結(jié)果，在定制的2 m Zn(CF₃SO₃)₂ + 7 m DEC混合電解液中，Zn||Zn電池在5 mA cm^-2和2.5 mAh cm^-2下表現(xiàn)出超過3500小時的出色循環(huán)壽命，Zn||Cu電池在 1 mA cm^-2下400次循環(huán)中的平均CE為99.24%。

此外，基于設(shè)計的電解液和V₂O₅·nH₂O正極的全電池也表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)壽命和高倍率性能?？傊@項工作拓寬了混合水-有機電解液系統(tǒng)的視野，并將啟發(fā)其他電池化學(xué)的電解液設(shè)計。

圖3 含/不含疏水性DEC助溶劑的水系電解液中的鋅沉積行為

Aqueous Electrolytes with Hydrophobic Organic Cosolvents for Stabilizing Zinc Metal Anodes. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c02996

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