黄云辉/李真AEM：BMIm+诱导（002）平面择优生长实现长循环水系锌电

锌枝晶的失控生长是导致水系锌离子电池（AZIBs）短路失效的主要原因，使用电解液添加剂来控制晶体生长是缓解枝晶问题最方便的策略之一。然而，由于沉积层的结构重建，大多数添加剂在循环过程中会不稳定。

在此，华中科技大学黄云辉教授、李真教授等人引入了一种咪唑阳离子，即1-丁基-3-甲基咪唑阳离子（BMIm⁺离子）作为电解液添加剂，以诱导（002）面的优先生长并抑制锌枝晶的形成。

具体而言，作者通过添加BMImOTf离子液体将BMIm⁺离子引入到2 M ZnSO₄电解液中。BMIm⁺离子中有一个咪唑环，可以吸附在某些金属的表面。在没有添加剂（命名为Blank）的情况下，Zn²⁺会优先沉积在一些由（100）和（101）平面组成的尖端上，并且在循环过程中很容易形成Zn枝晶。而当BMIm⁺离子浓度为0.02 M时（命名为0.02 M BMIm⁺），大部分BMIm⁺离子将优先吸附在Zn负极的（100）和（101）平面上，迫使Zn²⁺的沉积主要被诱导到（002）面，最终形成扁平致密的沉积层。

图1. BMIm⁺离子诱导的（002）平面优先生长示意图

因此，在BMIm⁺离子的调控下，即使在10 mA cm^-2的高电流密度和10 mAh cm^-2的大面积容量下，Zn||Zn对称电池仍能稳定循环1000小时，比在Blank中循环长约15倍，这证实BMIm⁺离子在较高放电/充电电流密度和大面积容量下在操控晶体取向方面具有出色的稳定性。同时，0.02 M BMIm⁺中循环的Zn||Cu电池显示出超过4500次循环的优异稳定性且平均CE达到99.8%。

更令人鼓舞的是，NH₄V₄O₁₀||Zn软包电池可在0.4 A g^-1下240次循环后保持12.4 mAh的可逆容量，而在Blank中运行的软包电池在63次循环后出现短路。事实证明，引入BMIm⁺ 离子是一种有效抑制锌枝晶生长的简便方法，该添加剂表现出超稳定的效果，可促进AZIBs的实际商业应用。

图2. NH₄V₄O₁₀||Zn软包电池在不同电解液中的性能

Inducing the Preferential Growth of Zn (002) Plane for Long Cycle Aqueous Zn-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202203254

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