​唐永炳Angew.：提高非牺牲电解液添加剂的静电极性，稳定锌金属负极

虽然添加剂被广泛应用于水系电解液中，以抑制锌负极上枝晶化合物的形成和析氢反应，但对于如何选择合适的添加剂来调节可逆的锌沉积/剥离化学反应，目前还缺乏合理的设计原则和系统的机理研究。

图1 理论计算

中国科学院深圳先进技术研究院唐永炳等以糖类为代表，揭示了非牺牲添加剂的静电极性是其稳定锌负极能力的关键描述符。具体而言，作者选择了果糖、核糖、脱氧核糖和蔗糖等四种典型的非牺牲且具有不同分子静电极性的糖分子作为添加剂，首次研究了分子静电极性对Zn²⁺脱溶剂化和Zn沉积的调节作用。

理论计算表明，糖分子的静电位对Zn²⁺溶剂化鞘结构和分子吸附层（MAL）有重要影响。其中，蔗糖因其最高的分子静电极性而具有最强的解溶剂化能力。因此，蔗糖与Zn²⁺的配位能力最强，从而降低了水合锌离子的水活性，提供了最高级别的耐腐蚀性。同时，由于蔗糖的高静电极性和最佳亲核性，它在锌表面的吸附能力最强，从而促进了Zn²⁺在锌表面的均匀分布和成核，减少了锌枝晶的形成。

图2 Zn对称电池性能

表征和电化学测试进一步证实，最大限度地提高糖添加剂的静电极性有利于促进脱溶剂化、形成分子吸附层和抑制副反应，从而提高Zn沉积/剥离的稳定性。因此，极性最大的蔗糖添加剂对Zn对称电池寿命的提高效果最好（在0.5 mA cm^-2和0.5 mAh cm^-2条件下，寿命为3300小时）。

此外，这项工作还进一步组装了使用蔗糖添加剂电解液的Zn//MnO₂全电池，结果该电池表现出卓越的长期循环稳定性，在1 A g^-1条件下循环800次后容量保持率达80%，远高于未使用添加剂的电池。这项研究为筛选高性能锌离子电池的最佳添加剂提供了理论指导。

图3 Zn//MnO₂全电池性能

Maximizing Electrostatic Polarity of Non-Sacrificial Electrolyte Additives Enables Stable Zinc-Metal Anodes for Aqueous Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202307880