北理陈人杰/李丽AM：新型电解液添加剂实现无枝晶水系锌电池！

尽管水系锌电池由于其本身的安全性，已经成为锂离子电池的一个更可持续的替代品，但其实际应用受到枝晶形成和析氢反应的限制。

北京理工大学陈人杰和李丽等首次将一种稀土金属型添加剂–氯化铈（CeCl₃）应用于锌电池，以作为一种有效、低成本、绿色的电解液添加剂，在锌凸起周围形成动态静电屏蔽层，以诱导锌的均匀沉积。

图1. CeCl₃的保护示意

具体而言，CeCl₃作为添加剂被引入到ZnSO4水系电解液中。原位光学显微镜和原位差分电化学质谱法（DEMS）成功地证实了CeCl₃添加剂可以有效地抑制Zn枝晶的生长和析氢反应。

此外，实验表征、第一原理计算和有限元模拟揭示了抑制Zn枝晶的基本机制：Ce³⁺可以优先选择性地吸附在Zn负极的表面，形成H₂O贫乏的电双层，并通过静电屏蔽效应抑制随后的枝晶生长和析氢反应。

图2. 半电池性能

受益于电解液添加策略，含有CeCl₃的Zn-Zn对称电池在电流密度为2 mA cm^-2时可以实现2600小时循环，在电流密度为40 mA cm^-2时甚至可以实现3.6 Ah cm^-2的沉积。当与商业LFP正极匹配组装成全电池时，它可以在电流密度为2 C的情况下，在400次循环后提供80%的高容量保持率。

所有的结果都明显优于无添加剂的情况，表明了这种新型阳离子CeCl₃添加剂的卓越电化学特性。这项工作不仅提供了一条解决锌负极问题的途径，而且还扩大了AZBs电解液添加剂的视野。

图3. 全电池性能

A Self-Regulated Electrostatic Shielding Layer toward Dendrite-Free Zn Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202203104

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北理陈人杰/李丽AM：新型电解液添加剂实现无枝晶水系锌电池！

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