水系鋅離子電池(ZIBs)受到嚴重的枝晶生長和副反應的困擾，表現(xiàn)出庫侖效率低和循環(huán)穩(wěn)定性差。然而，電解質工程被認為是提高鋅金屬可逆性的有效方法。

在此，四川大學張云教授，蔡文龍團隊通過構建競爭性溶劑化結構，展示了一種獨特的電解質調節(jié)策略，可實現(xiàn)持久的ZIBs。在復合水體系中，引入碳酸二甲酯(DMC)中的不溶性LiNO₃來實現(xiàn)Zn²⁺配位環(huán)境中的活性水解離，并且有機/陰離子富集的溶劑化結構能夠形成穩(wěn)定的界面，從而有效抑制不利的反應。

結果顯示，鋅金屬負極表現(xiàn)出抑制枝晶生長的特性，并且在超過1600小時的電鍍/剝離過程中具有高可逆性，具有超過16 Ah cm^-2的優(yōu)異累積容量、高溫(50℃)下的超長壽命和高放電深度(65%)。此外，Zn||V2O5全電池在1 A g^-1下可穩(wěn)定工作1000次以上。

圖1. 鋅負極SEI表征的實驗表征和鋅沉積行為的可視化分析

總之，該工作提出了一種競爭性溶劑化結構來操縱電解質環(huán)境并構建穩(wěn)定的界面來抑制HER和鋅腐蝕。結果顯示，添加DMC助溶劑后，水分子含量大大降低，并且通過添加LiNO₃引入了第二陽離子(Li⁺)，其往往與Zn²⁺競爭配位水分子，進一步在表面生成陰離子SEI層，誘導均勻的鋅沉積并抑制HER。即使在高放電狀態(tài)下，在室溫和50℃下也實現(xiàn)了高度可逆的鍍鋅/剝離行為。

同時，組裝的Zn||V₂O₅全電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能，并且使用HD-OTf/Li電解液，全軟包電池也能正常工作。因此，該項研究提供了一種可行的策略來指導鋅負極的可靠界面化學，并為非濃縮水性電解質走向實用的水系儲能系統(tǒng)提供了一個新的思路。

圖2. 鋅離子全電池的電化學性能

Electrolyte Engineering via Competitive Solvation Structures for Developing Longevous Zinc Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302749