鋅負(fù)極的高電化學(xué)穩(wěn)定性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)對(duì)于可充電水性鋅電池非常重要，而重建水系電解液中陽(yáng)離子和陰離子的化學(xué)鍵網(wǎng)絡(luò)和溶劑化結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)于稀電解質(zhì)，是調(diào)節(jié)鋅負(fù)極穩(wěn)定性的有效方法。

在此，浙江大學(xué)潘慧霖教授與中山大學(xué)孫洋副教授等人在低成本1 M ZnSO₄-基水系電解液中使用具有不同極性的痕量聚合物添加劑，系統(tǒng)地揭示了改進(jìn)鋅負(fù)極的基本原理。

功能性聚合物添加劑可以相應(yīng)地重新排列“Zn²⁺-H₂O-SO₄^2--聚合物”鍵合網(wǎng)絡(luò)并重建鋅負(fù)極的空間電荷區(qū)域，從而產(chǎn)生獨(dú)特的循環(huán)穩(wěn)定性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。具有中等極性的聚合物，如聚丙烯酰胺（PAM），作為Zn²⁺向Zn負(fù)極的“平滑劑”和“推進(jìn)器”表現(xiàn)出協(xié)同增強(qiáng)作用。

圖1. Zn-Cu電池和Zn-I₂電池的電化學(xué)性能

因此，含有 0.2 wt% PAM添加劑的1 M ZnSO₄電解液在Zn-Cu電池中在2 mA cm^-2和2 mAh cm^-2條件下表現(xiàn)出超過(guò)1300小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)，庫(kù)侖效率超過(guò)99.65% ，顯示出均勻的Zn沉積，對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響最小。

此外，在同一種電解液中也證明了Zn-I₂電池循環(huán)壽命的顯著改善。最后，作者注意到鋅負(fù)極的循環(huán)壽命在很大程度上取決于循環(huán)條件，例如電流密度和容量。作者強(qiáng)烈建議將先進(jìn)的電解液與適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)表面和集流體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以便在相關(guān)利用下實(shí)際使用鋅負(fù)極。

圖2. 鋅負(fù)極在不同循環(huán)條件下的循環(huán)時(shí)間及形態(tài)演變

Tailoring the Stability and Kinetics of Zn Anodes through Trace Organic Polymer Additives in Dilute Aqueous Electrolyte, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01418