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鋅負(fù)極上不可控枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)嚴(yán)重影響了鋅離子電池的循環(huán)性能，尤其是在高放電深度（DOD）和全電池低負(fù)極/正極容量比（N/P）的情況下。

在此，湖南大學(xué)梁宵團(tuán)隊(duì)通過分子設(shè)計(jì)研究電解質(zhì)添加劑分子結(jié)構(gòu)（特別是 -COOH 和 -OH 基團(tuán)）對(duì)鋅負(fù)極的影響。結(jié)果顯示，含有該種基團(tuán)的分子在鋅負(fù)極表面表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸附性，并與 Zn²⁺ 螯合，形成一個(gè)貧 H₂O 的內(nèi)亥姆霍茲平面。該策略有效地抑制了副反應(yīng)，促進(jìn)了暴露 (002) 面的無枝晶鋅沉積，提高了鋅負(fù)極穩(wěn)定性和可逆性。在 92% DOD 的苛刻條件下，Zn//Zn 電池能在 15 mA cm^-2 的高電流密度下穩(wěn)定循環(huán)。

即使在 1.3 的低 N/P 比條件下，使用 LA 電解液的 Zn//NH₄V₄O₁₀ 全電池在循環(huán) 300 次后仍能保持 73% 的高容量。此外，在Zn//Br 電池中，LA 電解液具有較高的平均容量（約 5 mAh cm^-2），可在 700 次循環(huán)中保持較高的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 添加劑的結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作通過將乳糖酸（LA）作為電解液添加劑，顯著提升鋅基電池的性能。研究表明，LA分子通過其-COOH和-OH官能團(tuán)與鋅負(fù)極表面強(qiáng)烈吸附并螯合Zn²⁺，形成貧水的內(nèi)赫姆霍茲平面，有效抑制了副反應(yīng)和不可控鋅枝晶生長(zhǎng)。該種分子工程策略不僅增強(qiáng)了鋅負(fù)極的穩(wěn)定性和可逆性，還在高放電深度和低負(fù)/正容量比的條件下實(shí)現(xiàn)了高庫侖效率和長(zhǎng)循環(huán)壽命。因此，該項(xiàng)工作提供了一種新的電解液添加劑設(shè)計(jì)方法，有助于開發(fā)更安全、更高效的鋅金屬負(fù)極，為先進(jìn)電池技術(shù)的發(fā)展和多樣化應(yīng)用中的高效能量存儲(chǔ)解決方案提供了新的思路。

圖2. 使用ZSLA和ZS電解液的Zn//NH₄V₄O₁₀全電池性能

Molecule Engineering of Sugar Derivatives as Electrolyte Additives for Deep-Reversible Zn Metal Anode, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202407261

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湖大Angew：糖類衍生物添加劑助力鋅金屬負(fù)極

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