川大张云/蔡文龙AEM：竞争性溶剂化结构实现长寿命锌离子电池

水系锌离子电池(ZIBs)受到严重的枝晶生长和副反应的困扰，表现出库仑效率低和循环稳定性差。然而，电解质工程被认为是提高锌金属可逆性的有效方法。

在此，四川大学张云教授，蔡文龙团队通过构建竞争性溶剂化结构，展示了一种独特的电解质调节策略，可实现持久的ZIBs。在复合水体系中，引入碳酸二甲酯(DMC)中的不溶性LiNO₃来实现Zn²⁺配位环境中的活性水解离，并且有机/阴离子富集的溶剂化结构能够形成稳定的界面，从而有效抑制不利的反应。

结果显示，锌金属负极表现出抑制枝晶生长的特性，并且在超过1600小时的电镀/剥离过程中具有高可逆性，具有超过16 Ah cm^-2的优异累积容量、高温(50℃)下的超长寿命和高放电深度(65%)。此外，Zn||V2O5全电池在1 A g^-1下可稳定工作1000次以上。

图1. 锌负极SEI表征的实验表征和锌沉积行为的可视化分析

总之，该工作提出了一种竞争性溶剂化结构来操纵电解质环境并构建稳定的界面来抑制HER和锌腐蚀。结果显示，添加DMC助溶剂后，水分子含量大大降低，并且通过添加LiNO₃引入了第二阳离子(Li⁺)，其往往与Zn²⁺竞争配位水分子，进一步在表面生成阴离子SEI层，诱导均匀的锌沉积并抑制HER。即使在高放电状态下，在室温和50℃下也实现了高度可逆的镀锌/剥离行为。

同时，组装的Zn||V₂O₅全电池表现出优异的倍率和循环性能，并且使用HD-OTf/Li电解液，全软包电池也能正常工作。因此，该项研究提供了一种可行的策略来指导锌负极的可靠界面化学，并为非浓缩水性电解质走向实用的水系储能系统提供了一个新的思路。

图2. 锌离子全电池的电化学性能

Electrolyte Engineering via Competitive Solvation Structures for Developing Longevous Zinc Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302749