范红金/周江AFM：锌电池循环1600次，容量保持100%！

尽管过去几年在正极材料方面取得了长足的进步，但可充锌电池(RZBs)由于枝晶的形成和锌负极侧臭名昭著的副反应而受到性能快速下降的困扰。

新加坡南洋理工大学范红金、中南大学周江等开发了一种用于锌电池的新型水合共晶电解质(HEE)系统。

图1. 共晶电解质的物理化学性质

这种优化的水合共晶电解质(HEE)系统包含甲基磺酰甲烷(MSM)、高氯酸锌和水。由于MSM具有较大的介电常数（47.39）、偶极矩（4.44 D）和丰富的磺酰基，它可以作为强路易斯碱与阳离子配位。

因此，该HEE系统由Zn(ClO4)₂和MSM之间的Zn²⁺-O相互作用诱导，其中MSM（作为路易斯碱）进入Zn²⁺（作为路易斯酸）的初级溶剂化壳，形成Zn-(MSM)- (H₂O)溶剂化结构。系统的原位和非原位表征证明这种结构可以剥夺一定数量的自由水分子并加强分子间相互作用，从而有效地诱导无枝晶的锌沉积并抑制副反应，同时电化学稳定性窗口也被扩大。

图2. 锌沉积的原位研究

研究显示，基于这种新型HEE的Zn//Zn对称电池显示出超稳定的Zn沉积/剥离，并且原位光学显微镜证明没有产气行为。此外，这种新型HEE系统使钒基锌电池（Zn//NH₄V₄O₁₀(NVO)）中的Zn氧化还原反应实现了前所未有的可逆性（即使在1000 mA g^-1下循环1600次后仍保持约100%）。

这项研究为RZBs提供了一种新型电解质，并深入了解了Zn²⁺溶剂鞘结构对循环可逆性的影响。

图3. Zn//NVO电池的电化学性能