同济王超/麻省理工李巨AM：基于乙酰胺-己内酰胺的深共晶溶剂基电解液

水系锌离子电池（AZIBs）有望用于电网规模的能源存储。然而，传统的AZIBs面临着各种挑战，其中包括析氢反应（HER），这会导致局部pH值升高，并在阳极上形成副产品。

图1. 电解液设计

同济大学王超、麻省理工学院李巨等介绍了一种基于深共晶溶剂（DES）的新型电解液，它由等摩尔比的乙酰胺和己内酰胺与50vol%的H₂O以及1M Zn(OTf)₂ 盐组成。通过理论分析和实验研究的结合，这项工作成功证明了这种电解液的卓越性能。

研究结果表明，基于DES的电解液能有效重建Zn²⁺的溶剂化结构，从而在Zn阳极表面形成一层保护膜。这种溶剂化结构有效地阻止了溶剂化水分子的迁移，减轻了锌沉积过程中HER的发生。

另外，原位生成的膜起到了保护屏障的作用，进一步降低了水的反应性，最大限度地减少了不良副产品的形成。此外，DES50电解液在抑制锌枝晶的形成方面也有显著改善，并促进了以锌（002）晶面为主的更稳定的剥离/沉过程。

图2. 半电池性能

因此，值得注意的是，所设计的DES50电解液具有出色的电化学性能，Zn||Zn对称电池在1 mAh cm^-2的条件下可稳定剥离/沉积长达2000小时，在10 mAh cm^-2的条件下可稳定剥离/沉积1000小时。

此外，使用DES50电解液的VS₂||Zn全电池在0.5 A g^-1条件下循环500次后，容量保持率达到85.4%，在0.1 A g^-1条件下循环150次后，容量保持率也达到了89.9%。

图3. 全电池性能

Acetamide-Caprolactam Deep Eutectic Solvent-Based Electrolyte for Stable Zn-metal Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202306546

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