潘慧霖/孙洋ACS Energy Lett.: 调节锌负极的稳定性和动力学的痕量有机聚合物添加剂

锌负极的高电化学稳定性和反应动力学对于可充电水性锌电池非常重要，而重建水系电解液中阳离子和阴离子的化学键网络和溶剂化结构，特别是对于稀电解质，是调节锌负极稳定性的有效方法。

在此，浙江大学潘慧霖教授与中山大学孙洋副教授等人在低成本1 M ZnSO₄-基水系电解液中使用具有不同极性的痕量聚合物添加剂，系统地揭示了改进锌负极的基本原理。

功能性聚合物添加剂可以相应地重新排列“Zn²⁺-H₂O-SO₄^2--聚合物”键合网络并重建锌负极的空间电荷区域，从而产生独特的循环稳定性和反应动力学。具有中等极性的聚合物，如聚丙烯酰胺（PAM），作为Zn²⁺向Zn负极的“平滑剂”和“推进器”表现出协同增强作用。

图1. Zn-Cu电池和Zn-I₂电池的电化学性能

因此，含有 0.2 wt% PAM添加剂的1 M ZnSO₄电解液在Zn-Cu电池中在2 mA cm^-2和2 mAh cm^-2条件下表现出超过1300小时的稳定循环，库仑效率超过99.65% ，显示出均匀的Zn沉积，对反应动力学的影响最小。

此外，在同一种电解液中也证明了Zn-I₂电池循环寿命的显著改善。最后，作者注意到锌负极的循环寿命在很大程度上取决于循环条件，例如电流密度和容量。作者强烈建议将先进的电解液与适当的保护表面和集流体结构相结合，以便在相关利用下实际使用锌负极。

图2. 锌负极在不同循环条件下的循环时间及形态演变

Tailoring the Stability and Kinetics of Zn Anodes through Trace Organic Polymer Additives in Dilute Aqueous Electrolyte, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01418