EES：非离子两亲聚合物对水性电解质的纳米级疏水限制用于长效宽温锌基储能

随着可再生能源需求的增长，锌金属负极的水系锌离子装置构成了新兴的下一代储能系统。在过去的几年中，已经开发出复杂的策略来生产坚固的电极和电解质以及它们的界面以减轻锌枝晶生长和副反应，但仍然需要使用简单的策略(例如电解质添加剂)将电化学稳定性提高到商业水平想要的。

在此，西南石油大学何显儒教授&松山湖材料实验室王欣研究员&厦门大学乔羽教授团队报告了一种可扩展的电解质工程，其特征是一种亲水性调节的非离子两亲聚合物添加剂，可以从根本上抑制与水相关的副反应。

带有亲水和疏水单元的聚合物添加剂促进了局部纳米级贫水环境，该环境基本上从水性介质中去除了Zn²⁺的溶剂。亲水链段在锌负极上的优先吸附也会产生局部疏水层，协同保护金属免受直接水腐蚀。

此外，调整后的电解质增加了负极上的阴离子分解，这进一步导致了富F和O不足的界面，从而促进了稳定的负极。

图1. APA在纯水和Zn(OTf)₂水溶液中的溶液结构

研究发现，在普通液体电解质中只有1wt.%的APA时Zn负极可以实现潜在的商业应用。该电解质使锌-锌对称电池的循环寿命比原始电解质延长了175倍。

此外使用含APA电解质的Zn-AC混合离子超级电容器也表现出良好的循环性能（超过3万次循环），在5 A g^-1时容量保持83.6%。同时含APA的电解质能够实现出色的宽温操作，Zn-AC混合离子超级电容器在-20℃(1 A g^-1)下稳定循环3000次，对称电池从50℃降至-30℃仍可以平稳运行。

因此，该工作利用两亲性聚合物添加剂在水介质中产生微尺度疏水环境，提出了一种新的锌负极稳定设计原则，强调循环增强效果和操作的便利性。通过合理设计单体和比例，APA有望推广到其他发生界面副反应的金属离子水系电池。。

图2. APA改进锌金属负极的电化学性能

Nano-scaled Hydrophobic Confinement of Aqueous Electrolyte by Nonionic Amphiphilic Polymer for Long-lasting and Wide-temperature Zn-based Energy Storage, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d2ee04023a