浙大陆盈盈/黄靖云ACS Nano：微量添加剂的原子钉扎对高可逆金属锌负极界面溶剂化的影响

水系锌金属电池因其能量密度高、成本低而被认为是有前途的储能器件。不幸的是，这种巨大的潜力受到锌枝晶生长和副反应的影响。

在此，浙江大学陆盈盈，黄靖云等人引入微量甜蜜素（CYC-Na）作为电解质添加剂，据此提出了原子钉扎诱导的界面溶剂化机制来研究微量添加剂的影响。具体来说，-NH-和-SO₃基团的共吸附克服了环翻转效应，并将CYC阴离子固定在Zn负极表面，从而显着改变了界面处的Zn²⁺溶剂化。

该过程使表面Zn²⁺通量均匀化，并减少表面上的H₂O和SO₄^2-含量，从而消除副产物并促进Zn沉积。含有微量CYC-Na的电池可稳定循环3650小时，并且在56.9%的高放电深度下循环330小时。

图1. 界面和溶液中的溶剂化过程

总之，该工作引入微量的CYC-Na添加剂改善AZMBs中锌负极的可逆性，结果表明，微量的CYC通过强烈的−SO₃吸附在锌负极表面。由于−NH–对锌负极也具有很高的亲和力，−NH–和−SO₃的共吸附克服了环翻转效应，并将CYC平行于锌负极表面固定。平行模式扩大了单个CYC所占据的表面积，使微量的CYC形成足够的吸附层，诱导Zn²⁺的均匀沉积。

由于这种效应，微量的CYC-Na添加可以实现沿(002)取向的锌沉积，抑制锌枝晶生长和表面钝化。在20 mA cm^–2，10 mAh cm^–2和DOD为56.9%时，电池寿命保持在330小时以上。使用改性电解液组装的Zn||V₂O₅全电池可稳定循环1000次，且负极表面平坦。因此，该工作提出的机制将为AZMBs中微量添加剂的研究提供借鉴。

图2. 电池性能

Atomic Pinning of Trace Additives Induces Interfacial Solvation for Highly Reversible Zn Metal Anodes， ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c07257

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