​张山青/钟育霖ACS Nano: 简单添加CO2可诱导界面层实现超稳定锌负极！

水系锌离子电池（AZIBs）具有安全、廉价、无污染等优势，是未来大规模可持续能源存储的有希望候选者。然而，锌金属负极会遭受氧化腐蚀、与电解液发生副反应、运行过程中枝晶生长无序，从而导致效率低、寿命短。

在此，澳大利亚格里菲斯大学张山青教授、钟育霖教授等人探索并提出了一种简单、安全且具有成本效益的方法，通过将CO₂气体吹扫到ZnSO₄电解液中来提高AZIBs的电池性能和循环寿命。

作者通过实验证明了该方法稳定Zn负极的组合机制：首先，CO₂气体最大限度地减少了电解液中溶解的O₂，从而抑制了锌负极的氧化腐蚀。其次，在电解液中引入CO₂气体可通过形成H₂CO₃来缓冲局部增加的pH值，从而抑制副反应。在 2 mol L^-1 ZnSO₄电解液中吹扫CO₂后，pH值在最初的10分钟内逐渐下降并稳定在3.6左右。第三，CO₂促进了ZnCO₃固体电解质界面层的原位形成，该层作为物理屏障阻碍了锌负极表面的枝晶生长、副反应和腐蚀。

图1. 引入CO₂后电解液的物理化学性质和性能

因此，在对称电池中进行测试时，所得稳定且无枝晶的Zn电极在40 mA cm^-2的超高电流密度下实现了超过32000次循环（1600小时）的卓越性能。与空白电解液相比，该电解液的使用寿命增加了近50倍，这在文献中从未有其他干预措施达到过。

此外，它还在2和10 mA cm^-2的电流密度下表现出99.7% 的高平均CE。作为概念验证，基于Zn负极/V₂O₅正极组装的全电池在5A g^-1的高电流密度下1000次循环后容量保持率为66%，而基于空白对照电解液的全电池容量保持率仅为38%。总之，这项研究展示了使用CO₂气体作为一种廉价的电解液添加剂可显著影响锌负极的稳定性，为AZIBs作为下一代储能装置的实际应用提供了技术基础。

图2. Zn/V₂O₅全电池的电化学性能

Ultrastable Zinc Anode Enabled by CO₂-Induced Interface Layer, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c05124