川师/港理工/哈工大EnSM：利用微量极性添加剂调节亥姆霍兹平面实现长寿命锌离子电池

金属锌（Zn）具有较强的水稳定性、内在安全性和较高的理论比容量，因此具有广阔的应用前景。然而，在水系电解中反复沉积和剥离 Zn 时，Zn 金属电极/电解质界面（EEI）通常不稳定，会引发 Zn 枝晶生长以及严重的钝化和析氢反应（HER）等，从而降低 AZIB 的循环稳定性。

在此，四川师范大学赁敦敏、郑荞佶、香港理工大学徐宾刚、Zhao Jingxin 、哈尔滨工业大学 Zhao Ruyi等人在锌金属电池中引入了一种微量麦芽糖（Malt）添加剂，该添加剂亲锌性强，分子间氢键牢固，且含有大量高电负性的羟基，可动态调节亥姆霍兹平面（HP）上的组分，从而实现水系锌电池（AZIBs）的高稳定性和可逆性锌负极。特别地，麦芽分子优先吸附在（100）和（101）晶面上，以促进 Zn²⁺ 沿（002）晶面均匀致密地沉积。

Zn||Zn 对称电池得益于独特的动态 HP，在 2 mA cm^-2 的条件下，经过 5300 小时的测试，表现出卓越的性能，在 30 mA cm^-2 的条件下，累积放电容量达到 3.6 Ah cm^-2，放电深度 (DOD) 高达 51.3%。同时，Zn//KVO 全电池可在低正负容量比（N/P）条件下稳定运行 800 个循环。

图1. Zn 电极上的电场分布

总之，该工作选择了具有大量电负性羟基的麦芽糖（Malt）分子作为高效电解质添加剂，以稳定锌金属负极，从而实现长寿命水系锌离子电池。在本工作中，暴露的极性羟基有利于形成强分子间氢键，而微量添加剂分子则形成动态调节的 IHP，从而实现 Zn²⁺ 的长期致密均匀沉积。此外，理论和实验结果表明，麦芽分子在 Zn 表面的优先吸附为 Zn 电极的 IHP 提供了低浓度的 H₂O 和 SO₄^2-，有效抑制了副反应。

因此，含有微量麦芽的 Zn||Zn 对称电池在各种电流密度和有限容量条件下均表现出卓越的循环稳定性。同时，由于麦芽添加剂对锌金属表面SEI 的结构重构和正极在循环过程中的稳定性有很大的积极作用， Zn// KVO 全电池可以在较低的正负容量比（N/P）下稳定运行 800 个循环。因此，该工作为锌金属电池的发展提供了新的方向。

图2. Zn// KVO 全电池性能

Regulating the helmholtz plane by trace polarity additive for long-life Zn ion batteries, Energy Storage Materials 2024 DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103202

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