众所周知，太阳能、风能等绿色能源的开发已成为世界性的关键课题，而储能电池是开发新能源的主要技术瓶颈。其中，最近几年快速发展的锌基电池是以金属锌（Zn）为负极的新型二次电池，克服了传统电池中存在毒性大、易燃、循环寿命低、成本高等缺点，在大规模储能领域具有极大的应用前景。
在2021年1月6日，在ACS Energy Letters（IF=19.003）上同时刊登了两篇关于锌基电池的最新成果。下面，对这两篇成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！
首次报道！可再充电水系Zn电池中Zn合金和非枝晶生长的起源
可再充电水系锌（Zn）负极具有安全性高、成本低和理论容量高（5854 mAh cm-3）等优点，受到广泛的关注。然而，在水系电解质中，Zn负极遭受严重的枝状金属沉积。虽然通过诱导Zn合金金属可对Zn进行调控，但是其基本机理仍然难以捉摸。基于此，美国佐治亚理工学院Nian Liu（通讯作者）等人首次通过综合分析报道了Zn在合金负极上的调节机理。作者通过实验和计算发现，在碱性电解质中：（1）Zn金属成核势垒在不同的基材之间存在很大差异，某些可溶于Zn的材料的势垒可为零；（2）由于Zn合金形成的吉布斯自由能为负值，在Zn(II)电化学还原过程中，Zn与Zn合金材料之间的合金形成可以自发进行。这些发现表明，成核并容纳Zn金属是可行的。
作为概念验证，作者通过使用Ag晶种实现了通过异种晶种生长实现的空间受控且均匀的Zn沉积。值得注意的是，一些已报道的Zn金属在Zn合金上的晶种生长，由于晶种Zn的沉积尚未清晰可见而缺乏证据。在本文中，作者使用光学显微镜首次可视化了操作中的晶种Zn沉积。密度泛函理论（DFT）计算的结果表明，从ZnxAg1-x合金中剥离Zn的过程更加活跃，因此Zn2+/ZnxAg1-x氧化还原电势要比Zn2+/Zn氧化还原电势高，从而解释了最近报道的Zn合金相的耐腐蚀性能。当将沉积的Zn与Ag的摩尔比控制在1、2和3时，所得的负载有银纳米粒子的复写纸（C-Ag）分别具有75187、2501和752次循环的优异循环寿命，而C电极的循环寿命分别为273、33和38次。此外，对比已报道的碱性电解液中的深循环Zn负极，Ag修饰的Zn负极表现出优异的整体循环性能。同时，本文中的合金-晶种设计原理可以潜在地用于改善其他金属负极的可再充电性能。
Yamin Zhang et al. Unveiling the Origin of Alloy-Seeded and Nondendritic Growth of Zn for Rechargeable Aqueous Zn Batteries. ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02343.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02343
通过电解质添加剂减缓Zn负极上枝晶的形成
基于锌（Zn）负极的电池具有成本低、理论容量和能量密度高等优点，被广泛的研究。然而，在循环过程中在Zn负极上形成枝晶会严重影响这种电池的稳定性和安全性。基于此，英国伦敦大学Ivan P. Parkin和Guanjie He（共同通讯作者）等人通过研究一系列有潜力解决该问题的电解质添加剂，发现氯化锂（LiCl）添加剂可以抑制枝晶的生长并且稳定Zn金属负极。进一步研究发现，2M LiCl是水系Zn负极基电池中的有效添加剂。当使用3 M ZnSO4和2 M LiCl的优化电解质构建不对称电池时，在连续充/放电过程中，显着抑制Zn负极表面枝晶的形成，从而极大的提高了循环稳定性，降低了副反应并且提高整体的容量。其中，Li阳离子（Li+）优先在Zn表面形成Li2O/Li2CO3，并且提供屏蔽作用来抑制枝晶的沉积。通过研究包含不同阴离子的电解质，发现适量的氯阴离子（Cl–）会降低Zn极化并且促进离子迁移。
该工作表明适当浓度的协同金属盐电解质是解决枝晶生长和增强Zn离子基水系电池性能的一种有前途的策略。
Xiaoxia Guo et al. Alleviation of Dendrite Formation on Zinc Anodes via Electrolyte Additives. ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02371.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02371
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