研究速讀

水系鋅金屬電池的可充電性受到鋅金屬陽(yáng)極的副反應(yīng)和有害形態(tài)的困擾。為了提高鋅金屬的可逆性，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)許康研究員&加州大學(xué)忻獲麟&加州理工學(xué)院Ruoqian Li 團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種新的水系電解質(zhì)溶液結(jié)構(gòu)，具有明顯的疏水性和清除羥基離子的特性。

研究表明，雖然疏水性對(duì)于水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)聽(tīng)起來(lái)違反直覺(jué)，但親水部分可以封裝在疏水外層內(nèi)，并且可以通過(guò)添加親陽(yáng)離子、強(qiáng)陰離子疏和 OH?活性抑制劑來(lái)產(chǎn)生疏水陽(yáng)極-電解質(zhì)界面。

局部疏水性使鋅負(fù)極表面活性水減少，吸附水減少，從而抑制了水參與副反應(yīng)的可能性；而羥基離子清除功能進(jìn)一步減少了不希望的鈍化層形成，從而導(dǎo)致鋅電池具有優(yōu)異的可逆性(1000 次循環(huán)的平均鋅電鍍/剝離效率為 99.72%)和壽命(5000 次循環(huán)后容量保持率為 80.6%)。



▲作者展示了“疏水水系電解質(zhì)”的概念，這可以通過(guò)引入具有親陽(yáng)離子和強(qiáng)陰離子疏水特性的“非傳統(tǒng)”稀釋劑來(lái)局部實(shí)現(xiàn)。

在這種新的溶劑化結(jié)構(gòu)中，稀釋劑分子優(yōu)先與鋅陽(yáng)離子結(jié)合(親陽(yáng)離子)，失去水結(jié)合能力(疏水)，并排斥陰離子(陰離子疏水)，這不僅使陽(yáng)離子穿梭的水去極化，而且允許親水溶劑化區(qū)域被封裝在疏水外殼內(nèi)。滿足“非傳統(tǒng)”稀釋劑標(biāo)準(zhǔn)，二甲基甲酰胺 (DMF) 被確定為硫酸鋅電解質(zhì)的稀釋劑。

由于 Zn 在其表面上更喜歡 DMF 單體而不是水單體，因此游離水將在很大程度上被排除在 Zn 表面之外，減少了涉及水的副反應(yīng)。更有趣的是，DMF 分子可以與羥基離子反應(yīng)而不會(huì)引入不需要的 SEI 層，這進(jìn)一步減少了表面鈍化并實(shí)現(xiàn)了平滑的 Zn 電鍍形態(tài)。

審核編輯：劉清