南开陈军院士Angew: 用于坚固锌金属负极的阴离子型无水Zn2+溶剂化结构设计

可充电水系锌电池由于其低成本和高安全性而具有大规模电化学储能的潜力。然而，锌金属负极存在枝晶生长和界面析氢反应（HER），导致电极/电池性能下降。

在此，南开大学陈军院士等人设计了一种阴离子型无水Zn²⁺溶剂化结构电解质 (ASE)，用于解决锌负极问题。作者指出，枝晶和HER都与水参与的Zn²⁺溶剂化结构- Zn(H₂O)₆²⁺有关，因此可以通过将Zn(H₂O)₆²⁺转化为阴离子型无水溶剂化结构- ZnCl₄^2-来解决。

这可以在传统的ZnSO₄水系电解液中添加具有大体积阳离子的氯化物盐（1-乙基-3-甲基咪唑氯化物）后实现。

图1. 锌镀层图案的原位AFM观察

通过原位AFM发现，阳离子-水相互作用的消除抑制了HER，而Zn尖端和阴离子溶剂化结构之间的静电排斥抑制了枝晶的形成。

因此，ASE显示出均匀的锌沉积，平均镀锌/剥离库仑效率为~99.9%，以预镀锌聚苯胺（Z-PANI）为正极的无负极锌电池300次循环后容量保持率为 78.8%。这项工作提供了一种新颖的电解质设计策略，以防止 HER并实现长寿命金属负极。

图2. 无负极电池和软包电池的储能机制和电化学性能

Designing anion-type water-free Zn²⁺ solvation structure for robust Zn metal anode, Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202109682

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南开陈军院士Angew: 用于坚固锌金属负极的阴离子型无水Zn2+溶剂化结构设计

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