​南开牛志强AM：构建二元电解液界面，实现高稳定性锌负极

锌金属具有理论容量高、成本低和安全性高等优点，是一种很有前景的水系锌离子电池负极候选材料。然而，它经常会发生析氢反应（HER）、锌枝晶生长和副产物的形成。

图1 BPE界面的构建和作用示意

南开大学牛志强等通过在锌负极表面引入基于磷酸三乙酯（TEP）的电解液润湿疏水性聚丙烯（PP）隔膜，开发了磷酸三乙酯（TEP）/H₂O双相电解液（BPE）界面。疏水性聚丙烯隔膜表面的H₂O基电解液和TEP基电解液的表面张力相当，这确保了BPE平衡和BPE界面的构建。

研究显示，BPE界面将诱导Zn²⁺溶剂化结构从[Zn(H₂O)_x]²⁺ 转换为[Zn(TEP)_n(H₂O)_y]²⁺，其中大部分溶剂化的H₂O分子被去除。在[Zn(TEP)_n(H₂O)_y]²⁺中，TEP和H₂O分子之间形成的氢键可进一步限制残留的H₂O分子。

图2 半电池性能

因此，在BPE的情况下，HER和副产物能够在锌负极表面得到有效抑制。结果，采用BPE的锌负极获得了高库仑效率、高利用率和卓越的循环性能，库仑效率高达99.12%，循环可达6000小时，远高于单相水电解液。为了说明BPE在全电池中的可行性，作者也基于BPE组装了Zn/Al_xV₂O₅电池，即使在低正负比（N/P）条件下也能表现出稳定的循环性能。

图3 全电池性能

The Construction of Binary Phase Electrolyte Interface for Highly Stable Zinc Anodes. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202304426