水系鋅(Zn)金屬電池因其高安全性和低成本而受到廣泛關(guān)注，但循環(huán)過程中的枝晶生長(zhǎng)、析氫反應(yīng)和腐蝕反應(yīng)等問題阻礙了其應(yīng)用。

在此，中南大學(xué)周亮君團(tuán)隊(duì)將有機(jī)小分子1.4.7.10-四氮雜環(huán)十二烷(cyclen)引入硫酸鋅電解液中作為有效添加劑。由于豐富的N和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，cyclen不僅比H₂O分子具有更強(qiáng)的配位，引導(dǎo)Zn²⁺的溶劑化結(jié)構(gòu)改變，而且優(yōu)先吸附在Zn(002)面上，誘導(dǎo)Zn²⁺均勻沉積。

因此，Zn||Zn對(duì)稱電池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下實(shí)現(xiàn)了超過2400小時(shí)的長(zhǎng)期循環(huán)。此外，Zn||V₂O₅全電池的性能通過cyclen的添加得到改善，在3 A g^-1下循環(huán)2000次后容量保持率為90.9%。

圖1. 對(duì)電池性能

總之，Cyclen可以作為ZMB電解質(zhì)中的雙功能添加劑。它可以改變Zn²⁺的溶劑化結(jié)構(gòu)，同時(shí)吸附到Zn(002)面上，誘導(dǎo)Zn²⁺的均勻沉積。由于其電負(fù)性多氮基結(jié)構(gòu)，它可以選擇性地吸引并誘導(dǎo)Zn²⁺通過中心環(huán)沉積。此外，位于外圍的環(huán)烷基部分賦予一定程度的疏水性，有效抑制HER。

結(jié)果顯示，具有循環(huán)添加劑的Zn||Zn對(duì)稱電池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下表現(xiàn)出超過2400小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)。此外，該添加劑改善了Zn||V₂O₅全電池的性能，在3 A g^-1下循環(huán)2000次后容量保持率為90.9%。因此，該項(xiàng)工作將為先進(jìn)ZMBs的發(fā)展提出一個(gè)可能的策略。

圖3. 全電池性能

A Dual-Functional Circular Organic Small Molecule for Dendrite-Free Zinc Metal Batteries with Long-Term Cycling, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103044