作為新興的、極具發(fā)展前景的可替代儲(chǔ)能技術(shù)，鋅離子可充電電池因其豐富的自然資源、內(nèi)在的安全性和成本效益而倍受關(guān)注。尤其是在鋅離子電池(ZIBs)中使用水電解質(zhì)，使便攜式電子應(yīng)用和大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)展示出巨大潛力。其中，可逆性和負(fù)極利用率一直是實(shí)現(xiàn)實(shí)用的可充電鋅金屬電池的關(guān)鍵障礙。

在此，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室許康團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種異原子分子，3，5-雙（三氟甲基）吡唑（TFMP），其能夠促進(jìn)每類鋅電解質(zhì)（酸性、堿性、非水性）中的氟化和聚合物界面。在基于TFMP的電解質(zhì)中觀察到性能的顯著改善，其中庫侖效率超過99%、利用率高達(dá)80%。此外，枝晶的形成在所有類別的電解質(zhì)中都得到了有效的抑制，在具有選擇性夾帶劑的弱酸性水介質(zhì)中觀察到的性能優(yōu)異。

結(jié)果顯示，在用?。?0μm）Zn負(fù)極和有機(jī)正極構(gòu)建的全電池中，在水介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，具有極低的N/P比（5.4）和高能量密度（270 Wh L^-1，預(yù)計(jì)用于18650電池）。

圖1. TFMP的SEI形成機(jī)制

總之，該項(xiàng)工作證明了3,5-二(三氟甲基)吡唑(TFMP)可形成氟化聚合物界面并顯著提高鋅在酸性，堿性和非水電解質(zhì)的可逆性。以該添加劑為基礎(chǔ)的電解液在腐蝕性測(cè)試條件下(水溶液:1.17 mA)，即使對(duì)于10um厚的鋅電極，也實(shí)現(xiàn)了高的CE且無枝晶生長(zhǎng)。

值得注意的是，與不同的無金屬有機(jī)正極電極配對(duì)，RZMBS具有突出的體積能量密度被證明在水溶液(267WhL^-1)和非水電解質(zhì)(182WhL^-1)，同時(shí)達(dá)到每周期約20%的鋅利用率。然而，提高鋅負(fù)極的比容量，提高放電電壓，增強(qiáng)電子電導(dǎo)率仍是必要的。因此，該項(xiàng)工作揭示了一類新的基于吡唑類的添加劑，用于工程的相間化學(xué)在寬光譜的電解質(zhì)組合物，這對(duì)未來的RZMB擁有巨大的潛力。

圖2. 電池性能

Engineering a Zinc Anode Interphasial Chemistry for Acidic, Alkaline and Non-aqueous Electrolytes, Energy & Environmental Science 2024 DOI: 10.1039/d4ee00062e