上交王久林EnSM：DMF基有机电解液助力锌负极高倍率稳定循环

可充水系锌电池是未来储能装置有希望的候选者，但仍存在可逆性低、不受控枝晶生长和电化学窗口窄等诸多缺点。有机电解质理论上可以解决锌负极的热力学不稳定性，但由于其离子电导率差，因此以牺牲高倍率性能为代价。

上海交通大学王久林等设计了一种结合热力学稳定的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂和Cu²⁺添加剂的新型电解液体系(Cu²⁺-DMF)，以提高锌负极的稳定性和倍率能力。

图1 对称电池性能

所得DMF电解液具18.9 mS cm^-1的高离子电导率，并可以通过Cu²⁺电化置换Zn构筑稳定的Cu-Zn合金界面相，因此在5.0 mA cm^-2/5.0 mAh cm^-2和10.0 mA cm^-2/10.0 mAh cm^-2的高电流密度下分别实现了1400小时和235小时的长期循环寿命。

新设计的电解液可使Zn||Zn对称电池在20.0 mA cm^-2/20.0 mAh cm^-2的高电流密度下稳定循环，并获得99.60 %的优异库伦效率、高热稳定性和腐蚀抑制。

图2 锌负极在不同Cu²⁺含量下的形貌

此外，由于稳定的Cu-Zn合金界面以及能够实现均匀成核的Cu(DMF)₄²⁺和Zn(DMF)₄²⁺复合物的形成，在不同的电流密度下观察到均匀、多孔和非树枝状的 Zn沉积形态。

作为概念验证，基于DMF电解液的Zn||δ-MnO₂全电池在低和高正极负载下均表现出高度稳定的循环和出色的容量保持率。这项工作有望进一步推动锌电池研究，探索高压正极并开发仅基于Zn²⁺反应的高性能锌离子电池。

图3 全电池性能

Zn Anode Sustaining High Rate and High Loading in Organic Electrolyte for Rechargeable Batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.01.043

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