中南大学周江团队Angew.：三功能水合共晶电解质增强水系锌电池

可充电水系锌离子电池（ARZBs）的发展受到正极不稳定、电解质副反应和锌（Zn）枝晶生长等问题阻碍。

在此，中南大学周江教授团队报告了一种通过引入四亚甲基砜（TMS）形成水合共晶电解质的三重功能策略，以改善锌离子电池存在的问题。TMS和H₂O之间的强相互作用可有效降低H₂O的活性。同时，Zn表面优先吸附的TMS增加了双电层（EDL）结构的厚度，为抑制枝晶生长提供了屏蔽缓冲层。

此外，TMS调节了Zn²⁺-6H₂O的主溶解剂鞘，最终实现了一种新的溶剂共插层（(Zn-TMS)²⁺）机制，而插层TMS就像一个”支柱”，提供了更多亲锌位点，稳定了正极（NH₄V₄O₁₀，（NVO））结构。

图1.三功能水合共晶电解质示意图

总之，该工作提出了一种三重功能电解质设计，利用小尺寸、高极性的四亚甲基砜分子作为共晶电解质成分，稳定负极和电解质以实现稳定、高容量的正极储能。在电解质中，TMS和H₂O之间形成的氢键，可有效降低H₂O的活性。此外，优先吸附的TMS还能改善Zn负极表面的双电层厚度，并充当Zn²⁺沉积的缓冲层，有效抑制枝晶生长，平滑Zn负极沉积表面。更重要的是，在传统的Zn||NVO电池中加入TMS证实了溶剂化共嵌入的储能机制。

在第一次放电过程中，(Zn-TMS)²⁺共嵌入在NVO中，随后TMS成为NVO(001)面层之间的”支柱”，为Zn²⁺提供额外的亲和位点，并稳定了NVO结构。研究表明，Zn||Zn对称电池的循环稳定性可以超过1800小时，Zn||NVO全电池可实现高达515.6 mAh g⁻¹的高比容量(0.2 A g⁻¹)，并可在0.2 A g⁻¹的低电流密度下持续使用40天以上。因此，该项工作对加速开发下一代高性能水电池具有重要的指导意义。

图2.全电池电化学性能

Triple-function Hydrated Eutectic Electrolyte for Enhanced Aqueous Zinc Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202310577

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中南大学周江团队Angew.：三功能水合共晶电解质增强水系锌电池

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