​中南周亮君EnSM：双功能圆形有机小分子实现长循环无枝晶锌金属电池

水系锌(Zn)金属电池因其高安全性和低成本而受到广泛关注，但循环过程中的枝晶生长、析氢反应和腐蚀反应等问题阻碍了其应用。

在此，中南大学周亮君团队将有机小分子1.4.7.10-四氮杂环十二烷(cyclen)引入硫酸锌电解液中作为有效添加剂。由于丰富的N和环状结构，cyclen不仅比H₂O分子具有更强的配位，引导Zn²⁺的溶剂化结构改变，而且优先吸附在Zn(002)面上，诱导Zn²⁺均匀沉积。

因此，Zn||Zn对称电池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下实现了超过2400小时的长期循环。此外，Zn||V₂O₅全电池的性能通过cyclen的添加得到改善，在3 A g^-1下循环2000次后容量保持率为90.9%。

图1. 对电池性能

总之，Cyclen可以作为ZMB电解质中的双功能添加剂。它可以改变Zn²⁺的溶剂化结构，同时吸附到Zn(002)面上，诱导Zn²⁺的均匀沉积。由于其电负性多氮基结构，它可以选择性地吸引并诱导Zn²⁺通过中心环沉积。此外，位于外围的环烷基部分赋予一定程度的疏水性，有效抑制HER。

结果显示，具有循环添加剂的Zn||Zn对称电池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下表现出超过2400小时的稳定循环。此外，该添加剂改善了Zn||V₂O₅全电池的性能，在3 A g^-1下循环2000次后容量保持率为90.9%。因此，该项工作将为先进ZMBs的发展提出一个可能的策略。

图3. 全电池性能

A Dual-Functional Circular Organic Small Molecule for Dendrite-Free Zinc Metal Batteries with Long-Term Cycling, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103044