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川師/港理工/哈工大EnSM：利用微量極性添加劑調(diào)節(jié)亥姆霍茲平面實現(xiàn)長壽命鋅離子電池

金屬鋅（Zn）具有較強的水穩(wěn)定性、內(nèi)在安全性和較高的理論比容量，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，在水系電解中反復(fù)沉積和剝離 Zn 時，Zn 金屬電極/電解質(zhì)界面（EEI）通常不穩(wěn)定，會引發(fā) Zn 枝晶生長以及嚴重的鈍化和析氫反應(yīng)（HER）等，從而降低 AZIB 的循環(huán)穩(wěn)定性。

在此，四川師范大學(xué)賃敦敏、鄭蕎佶、香港理工大學(xué)徐賓剛、Zhao Jingxin 、哈爾濱工業(yè)大學(xué) Zhao Ruyi等人在鋅金屬電池中引入了一種微量麥芽糖（Malt）添加劑，該添加劑親鋅性強，分子間氫鍵牢固，且含有大量高電負性的羥基，可動態(tài)調(diào)節(jié)亥姆霍茲平面（HP）上的組分，從而實現(xiàn)水系鋅電池（AZIBs）的高穩(wěn)定性和可逆性鋅負極。特別地，麥芽分子優(yōu)先吸附在（100）和（101）晶面上，以促進 Zn²⁺ 沿（002）晶面均勻致密地沉積。

Zn||Zn 對稱電池得益于獨特的動態(tài) HP，在 2 mA cm^-2 的條件下，經(jīng)過 5300 小時的測試，表現(xiàn)出卓越的性能，在 30 mA cm^-2 的條件下，累積放電容量達到 3.6 Ah cm^-2，放電深度 (DOD) 高達 51.3%。同時，Zn//KVO 全電池可在低正負容量比（N/P）條件下穩(wěn)定運行 800 個循環(huán)。

圖1. Zn 電極上的電場分布

總之，該工作選擇了具有大量電負性羥基的麥芽糖（Malt）分子作為高效電解質(zhì)添加劑，以穩(wěn)定鋅金屬負極，從而實現(xiàn)長壽命水系鋅離子電池。在本工作中，暴露的極性羥基有利于形成強分子間氫鍵，而微量添加劑分子則形成動態(tài)調(diào)節(jié)的 IHP，從而實現(xiàn) Zn²⁺ 的長期致密均勻沉積。此外，理論和實驗結(jié)果表明，麥芽分子在 Zn 表面的優(yōu)先吸附為 Zn 電極的 IHP 提供了低濃度的 H₂O 和 SO₄^2-，有效抑制了副反應(yīng)。

因此，含有微量麥芽的 Zn||Zn 對稱電池在各種電流密度和有限容量條件下均表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性。同時，由于麥芽添加劑對鋅金屬表面SEI 的結(jié)構(gòu)重構(gòu)和正極在循環(huán)過程中的穩(wěn)定性有很大的積極作用， Zn// KVO 全電池可以在較低的正負容量比（N/P）下穩(wěn)定運行 800 個循環(huán)。因此，該工作為鋅金屬電池的發(fā)展提供了新的方向。

圖2. Zn// KVO 全電池性能

Regulating the helmholtz plane by trace polarity additive for long-life Zn ion batteries, Energy Storage Materials 2024 DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103202

原創(chuàng)文章，作者：Jenny（小琦），如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/03/22/370ec695bf/

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