湖大梁宵AFM: 10 vol%低体积浓度下实现稳定锌负极的良性电解液添加剂！

廉价且能量密集的锌负极是水系锌离子电池（AZIBs）的关键，然而循环时锌沉积的不稳定性会导致电池快速失效，析氢反应加剧了这一问题。电解液添加剂是解决该问题的可扩展方案，但通常需要高体积浓度才能获得显著效果。

在此，湖南大学梁宵教授、澳大利亚新南威尔士大学Dipan Kundu等人提出将丙二醇（PG）这种常见的食品和药物添加剂作为一种无毒电解液添加剂，用于实现AZIB中锌金属负极高度稳定的无枝晶循环。这是在非常低的PG体积分数（10%）下实现的，即不牺牲电解液的含水性质。作者通过SEM和XRD表征揭示了PG在延长Zn循环性能中的作用，由于较高的堆积密度和（002）面较低的表面能，含PG电解液的（002）织构电极表现出更强的抗锌腐蚀和枝晶形成的能力。

此外，原位光学显微镜进一步证实，Zn电极在含10 vol% PG电解液中实现了明显致密和平坦的沉积而没有凸起，同时抑制了H₂的释放。因此，在低添加剂浓度下性能的显著提高归因于有效的形态调节和氢析出的抑制。

图1. 不同电解液（无PG、50 vol%和10 vol% PG）中的Zn沉积

电化学测试表明，在2 mA cm^-2和2 mA h cm^-2条件下，基于纯1 M ZnSO₄电解液的电池仅在33小时后便失效，平均CE为95.7%。相比之下，含10 vol% PG的电解液可显著延长Zn负极的寿命至1000小时，其CE为99.1%。甚至，LiMn₂O₄（LMO）/Zn全电池也表现出500次的稳定循环和78% 的保持率。

此外，水系电解液中PG添加剂的低浓度不会导致极化损失，这意味着也实现了良好的倍率性能。从头算分子动力学（MD）模拟揭示了PG在更小的体积浓度下表现出增强性能的起源：PG可以在低浓度下自组织成疏水膜，有利于从Zn表面去除H₂。因此，即使在高负载情况下，使用两种不同的正极主体材料也能实现出色的全电池循环，突出了该添加剂实际开发的潜力。

图2. 基于不同电解液（无PG、50 vol%和10 vol% PG）的全电池性能

Long-Life Zn Anode Enabled by Low Volume Concentration of a Benign Electrolyte Additive, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200606