周恒辉/葛广路/江鹏EnSM：通过添加剂调节锌沉积形态实现稳定的水系可充锌电池

锌金属一直被认为是水系电池最有前景的金属负极之一，但它在循环过程中仍然存在不希望的枝晶生长和严重的副反应。迄今为止，已经开发了各种添加剂来实现锌的均匀沉积，但它们未能从根本上克服沉积金属锌的内在脆弱形态。

北京大学周恒辉、国家纳米科学中心葛广路、江鹏等将聚天冬氨酸（PASP）引入水系电解液中，以抑制Zn枝晶生长并抑制水系电解液中的严重副反应。

一方面，PASP的加入不仅可以通过调节其表面能将沉积的锌金属的形态从片状枝晶调整为均匀分布的球形颗粒，而且可以促进Zn²⁺在Zn负极表面周围的均匀分布。另一方面，PASP吸附在Zn基材表面可以有效地保护新沉积的Zn免受副反应。因此，两者都确保了可逆锌沉积和剥离过程中的循环稳定性和高库仑效率(CE)。

周恒辉/葛广路/江鹏EnSM：通过添加剂调节锌沉积形态实现稳定的水系可充锌电池

图1. 不同电解液中锌金属沉积过程示意图

研究显示，添加PASP后，Zn||Zn对称电池可以在0.5 mA cm⁻²下稳定循环超过3200小时，在1 mA cm⁻²下稳定循环2600小时。即使在20 mA cm^-2的超高电流密度下，对称电池仍然可以循环2000多次。

此外，通过添加PASP，锌金属负极可以保持高可逆的锌沉积/剥离，在0.5、1和5 mA cm^-2下的CE均超过99%。另外，Zn||V₂O₅全电池也可以在10 A g^-1时在2500次循环中保持接近100%的CE。采用PASP作为电解液添加剂是未来水系可充锌电池实际应用的可行方法。

图2. 对称电池及全电池性能

Toward Stable Zinc Aqueous Rechargeable Batteries by Anode Morphology Modulation via Polyaspartic Acid Additive. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.028

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