港城大李振声EnSM: 实现长寿命水系锌离子电池稳定Zn沉积的电解液工程

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港城大李振声EnSM: 实现长寿命水系锌离子电池稳定Zn沉积的电解液工程
直接利用锌金属负极的水系锌金属电池（AZMBs）被认为是具有高安全性、高理论容量和化学稳定性的下一代商业电池的候选者。然而，水系电解液狭窄的电化学稳定性窗口、不受控制的枝晶和有限的可逆性仍然困扰着其实际应用。
港城大李振声EnSM: 实现长寿命水系锌离子电池稳定Zn沉积的电解液工程
为此，香港城市大学李振声教授、Hui Wang等人设计了一种安全、无毒、环保且价格低廉的水系Zn(OTf)2-H2O-PEG（聚乙二醇）电解液。该电解液体系有以下优点：
（i）如NMR、FTIR和拉曼结果所示，PEG网络极大地限制了水分子的活性，从而减少了水分子的分解；
(ii) PEG分子将Zn离子的局部配位环境从H2O分子主导转变为阴离子主导结构。
然后，在锌负极上原位合成了（002）晶面优先取向的锌表面和富含ZnF2的SEI，从而减少了副反应以实现优异的界面稳定性，这些通过原位光学可视化观察（OVO）、异位SEM、XRD、XPS 和MD分析证实。
港城大李振声EnSM: 实现长寿命水系锌离子电池稳定Zn沉积的电解液工程
图1. 基于该电解液的Zn||Zn对称电池的循环性能
因此，采用 Zn(OTf)2-(30wt%) H2O-70wt% PEG的电解液组合物，Zn||Zn对称电池表现出创纪录的超高循环稳定性（在1和2 mA cm-2的电流密度下可达到9000和8000小时）。
此外，Zn||70%PEG||V2O5全电池在0.5 A g-1的电流密度下表现出 345.7 mAh g-1的高比容量，并在15 A g-1的高电流密度下500次循环后表现出84.3% 的容量保持率。这些结果表明，这种可靠的电解液工程具有抑制水分解和诱导均匀金属沉积的协同作用，有望大大提高下一代 AZMB的电化学性能。
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图2. Zn||70%PEG||V2O5全电池的电化学性能
Electrolyte Engineering Enables Stable Zn-Ion Deposition for Long-Cycling Life Aqueous Zn-ion Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.003

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