天大翁哲AEM：简单添加剂构筑自调节界面助力高效水系锌电池

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背景介绍

水系锌 (Zn) 电池 (AZB) 因其固有的低成本、高安全性和出色的环境友好性而被认为是最有前途的储能电池候选者之一。但锌金属负极仍存在锌枝晶生长和副反应等严重问题，极大地限制了锌金属负极的实际应用和AZBs的产业化。

锌枝晶生长是一个动态过程，它加速了锌负极的断裂并使更多的活性表面暴露于电解液中，从而加重腐蚀。动态锌枝晶生长和热力学腐蚀相互加剧，加速了锌金属负极的性能衰减。因此，同时抑制锌枝晶生长和副反应具有重要意义。

成果简介

天大翁哲AEM：简单添加剂构筑自调节界面助力高效水系锌电池

这里，天津大学杨全红教授课题组翁哲教授（通讯作者）等人使用了具有低成本的醋酸铵 (NH4OAc) 添加剂，构筑了自调节的锌/电解质界面。NH4+ 在锌突起周围产生一个动态静电屏蔽层，使锌沉积均匀，而醋酸根作为界面pH缓冲剂来抑制质子引起的副反应和不溶性副产物的沉淀。

图文速递

天大翁哲AEM：简单添加剂构筑自调节界面助力高效水系锌电池

图1. NH4+阳离子的有效性评估
天大翁哲AEM：简单添加剂构筑自调节界面助力高效水系锌电池
图2. OAc−阴离子的有效性评估
天大翁哲AEM：简单添加剂构筑自调节界面助力高效水系锌电池
图3. NH4OAc添加剂的有效性评估
在空白电池和添加醋酸铵的电解质中，对具有缺氧水合钒酸铵(Od-NVO)正极的原型全电池进行了评估。相比于空白电池，加入醋酸铵的Zn//Od-NVO全电池具有相似的电阻和倍率性能，但具有更好的循环稳定性。结果，在添加醋酸铵的电解质中，Zn//Od-NVO电池经过500个循环后，获得了83.7%的高容量保留率，高库伦效率接近100%。
天大翁哲AEM：简单添加剂构筑自调节界面助力高效水系锌电池
图4. Zn//Od-NVO全电池的性能测试

总结展望

综上所述，为了同时解决锌枝晶生长和质子诱导副反应的问题，本文合理设计了一种低成本的双功能醋酸铵添加剂。铵根阳离子作为一种竞争阳离子，在锌负极上诱导一个动态静电屏蔽层，而醋酸根作为一个pH缓冲液，将界面pH稳定在一个适当的值（5.14）。因此，负极与电解质的界面在静态静止和动态循环过程中具有良好的自我调节能力，同时有效抑制锌枝晶生长和副反应。

因此，用醋酸铵添加剂配制的电解液使锌负极稳定循环3500小时，在1 mA cm−2下库伦效率≈99.7%，在10 mA cm−2时的面积容量为5000 mAh cm−2。在醋酸铵存在的情况下，Zn//Od-NVO全电池在500次循环后也显示出83.7%的高容量保持率。该工作为解决枝晶和腐蚀问题开辟了一条新的途径。

文献信息

A Self-Regulated Interface toward Highly Reversible Aqueous Zinc Batteries. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202102982.

https://doi.org/10.1002/aenm.202102982.

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