麦立强Angew.：基于深共晶溶剂的超稳定锌金属负极，可循环8300h

腐蚀、寄生反应和枝晶生长的加剧严重地限制了水系锌离子电池的发展。武汉理工大学麦立强等报告了一种新的策略，打破了水分子之间的氢键网络，并构建了磺酸盐-H₂O深共晶溶剂。

图1 电解液设计

具体而言，这项工作首次提出了一种新的多功能策略，用于配置环丁砜-水混合电解液，以提高锌负极的稳定性，通过对H₂O分子的全面操作，同时实现氢键重构、溶剂化壳优化和锌-电解液多功能界面。与其他基于砜类的添加剂不同，超高浓度的环丁砜（87wt%或93%）的引入表现出深共晶溶剂（DES）体系的特性，并消除了绝大部分的游离水。这种具有良好环境适应性的电解液策略比一般DES电解液和高浓度”盐包水”电解液的制备更容易、更便宜。

事实上，这里制备的电解液的性质介于纯有机电解液和水系电解液之间。重要的是，作为一种负担得起的、环境友好的、非质子极性溶剂，环丁砜由于其独特的原子构型，可以提供比水分子更多的氢键受体，这有助于打破固有的H₂O−H₂O氢键（H−O−H∙∙∙O−H），并参与形成新的氢键网络（环丁砜−水：S=O∙∙H−O）。它抑制了上述与析氢有关的质子自动运输反应。

图2 半电池性能

因此，由于抑制了水的活性，实现了超低的冰点（<-80℃），宽的电化学稳定窗口（>3V），并抑制了大气中的蒸发。受益于高效的电解液优化，锌对称电池实现了超过8300小时的超长循环寿命，锌/钛电池实现了99.3%的出色的库仑效率（CE），这证明了Zn²⁺的超稳定沉积/剥离。

作为概念验证，采用V₂O₅∙nH₂O正极的锌离子全电池表现出优异的循环性能（2000次循环后为84%）、库伦效率和自放电抑制（48小时后为96%），甚至在-20℃下也能稳定低温运行。特别是，具有高性能的高容量（1.32Ah）软包电池也被组装起来，为实用的锌金属全电池提供了一个可参考的模型。这种全面的认识为开发稳定的实用的ZMBs甚至其他水系金属电池的电解液提供了新的见解和途径。

图3 全电池性能

Comprehensive H2O Molecules Regulation via Deep Eutectic Solvents for Ultra-Stable Zinc Metal Anode. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202215552

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/09/29/bfd6dc4ed8/

麦立强Angew.：基于深共晶溶剂的超稳定锌金属负极，可循环8300h

相关推荐