张宁/王任衡ACS Nano：水系电解液引入有机助溶剂实现更稳定锌金属负极！

可充水系锌（Zn）电池因其低成本、高安全性和环境相容性而被看好，但其应用受到锌金属负极严重的不可逆性的阻碍，例如水引起的副反应（析氢和Zn腐蚀）和枝晶生长。

河北大学张宁、深圳大学王任衡等发现在稀水电解液中引入疏水性的碳酸酯助溶剂比引入亲水性的助溶剂更有能力解决锌负极面临的可逆性问题。

图1 疏水性有机助溶剂的选择原则

在典型的碳酸酯（碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯（DEC））中，DEC作为最疏水的添加剂能够最有力地打破水的氢键网络，并取代溶解在Zn²⁺-溶解鞘中的H₂O，这大大降低了水的活性及其分解，并抑制Zn的界面副反应。此外，DEC分子可优先吸附在Zn表面，形成一个不含H₂O的双电层，从而导致无枝晶的锌沉积行为。

图2 半电池性能

结果，在定制的2 m Zn(CF₃SO₃)₂ + 7 m DEC混合电解液中，Zn||Zn电池在5 mA cm^-2和2.5 mAh cm^-2下表现出超过3500小时的出色循环寿命，Zn||Cu电池在 1 mA cm^-2下400次循环中的平均CE为99.24%。

此外，基于设计的电解液和V₂O₅·nH₂O正极的全电池也表现出稳定的循环寿命和高倍率性能。总之，这项工作拓宽了混合水-有机电解液系统的视野，并将启发其他电池化学的电解液设计。

图3 含/不含疏水性DEC助溶剂的水系电解液中的锌沉积行为

Aqueous Electrolytes with Hydrophobic Organic Cosolvents for Stabilizing Zinc Metal Anodes. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c02996

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张宁/王任衡ACS Nano：水系电解液引入有机助溶剂实现更稳定锌金属负极！

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