顆粒在線訊：研 究 背 景

對綠色能源和替代品的需求不斷增長，迫切需要開發(fā)可靠和安全的儲能系統(tǒng)。作為潛在的候選者之一，水系鋅離子電池（AZIBs）因其低成本、高理論容量（820 mAh g-1）和本征安全性，受到了廣泛的關注。盡管如此，近期的研究表明：Zn2+溶劑化鞘層中的水和本體電解質中的反應性的游離水會導致的嚴重副反應和枝晶生長，從而削弱鋅離子電池的優(yōu)勢。

文 章 簡 介

基于此，來自新加坡科技設計大學的楊會穎教授，在國際知名期刊Advanced Energy Materials上發(fā)表題為“A Universal Additive Strategy to Reshape Electrolyte Solvation Structure toward Reversible Zn Storage”的研究文章。

該文章通過將含有羰基的極性有機溶劑作為添加劑與ZnSO4水溶液混合，開發(fā)了一種通用的低成本策略來調節(jié)水合鋅陽離子和水的配位環(huán)境。

本 文 要 點

含羰基的液體有機物，例如 N-甲基-2-吡咯烷酮 (NMP)、N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) 和丙酮 (DMK)，是一系列強極性溶劑。這些水溶性添加劑可以作為質子受體與偶極水分子結合，破壞水溶液中原有的水團簇。此外，由于強電負性的羰基氧，它們易于與Zn2+陽離子結合。受此啟發(fā)，本文提出了一種通用策略，通過將含羰基的有機極性溶劑引入 ZnSO4 基電解質中來實現(xiàn) Zn 的可逆循環(huán)。

通過包括實驗和理論研究在內的綜合分析，證明這些有機分子參與了溶劑化的 Zn2+ 鞘層并取代了配位的水分子，從而減少了在循環(huán)過程中參與陽極界面反應的水分子。同時，H2O 和 NMP 之間的強相互作用減少了溶劑化鞘外的游離水數(shù)量，有助于減輕 ZnSO4 水溶液中的自發(fā)副反應。

結果顯示，在制備的電解液中實現(xiàn)了具有 99.7% 高庫倫效率的可逆 Zn 沉積/剝離。此外，組裝的 Zn/VS2全電池表現(xiàn)出出色的循環(huán)穩(wěn)定性 (2000 次循環(huán)，在 1 A g-1 時容量保持率為 99.4%)。即使在高陰極質量負載 (9.5 mg cm-2) 下也能抑制鋅的界面問題。

圖1. 含羰基有機添加劑的物理性質和光譜研究.

圖2.含有NMP添加劑的ZnSO4 電解質的理論研究.

圖3. NMP0 和 NMP5 電解質中鋅沉積反應的比較.

圖4. NMP 電解質添加劑的機理分析.

圖5. 使用 NMP0 和 NMP5 電解質的 Zn/VS2@SS 全電池的電化學性能.

文 章 鏈 接

A Universal Additive Strategy to Reshape Electrolyte Solvation Structure toward Reversible Zn Storage

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/aenm.202103231