鋅金屬電池(zmb)由于其低成本、本質(zhì)安全性和金屬鋅電極的高理論容量(820mA hg?1/5854 mAh cm?3)而受到極大的關(guān)注。不幸的是，由于Zn2+/Zn的標準電極電勢較低(相對于標準氫電極- 0.762 V)， 鋅金屬在電鍍和剝離過程中在水系電解液環(huán)境中熱力學不穩(wěn)定，會導致Zn陽極發(fā)生嚴重的寄生反應、腐蝕/鈍化和枝晶生長。如何有效抑制水分解，并限制水分子在溶劑化結(jié)構(gòu)中的參與，阻礙Zn2+離子在Zn表面的二維擴散是提高Zn陽極穩(wěn)定性的關(guān)鍵之一。此外，在低溫(< 0℃)下，氫鍵會使水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，也嚴重影響電池的正常運行。
近日，武漢理工大學麥立強教授團隊，首次提出了一種多功能策略來配置基于環(huán)丁砜-水作為深度共晶溶劑的雜化電解液以提高鋅陽極的穩(wěn)定性，該策略通過對H2O分子的綜合操縱，同時實現(xiàn)氫鍵重構(gòu)、溶劑化殼優(yōu)化和多功能鋅-電解質(zhì)界面的形成。
分子動力學，X射線同步輻射吸收譜，以及核磁共振氫譜表明這種基于環(huán)丁砜-水深共晶體系的雜化電解液能顯著抑制活性水分子的數(shù)量，并優(yōu)化溶劑化結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)更寬的電化學窗口和超低的冰點。 同時，第一性原理計算和有限元仿真分析證明，高濃度環(huán)丁砜會優(yōu)先吸附在鋅負極表面形成多功能化的環(huán)丁砜/Zn界面結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)受限的二維擴散、有效的活性水屏蔽以及引導Zn2+離子均勻通量。
因此，抑制寄生反應、HER和枝晶生長促進了高度穩(wěn)定的鍍鋅/剝離，從而使Zn對稱電池的循環(huán)壽命超過9600 h, Zn//Ti電池的CE達到~99.3%。組裝的Zn//VOH全電池在2000次循環(huán)后具有87%的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性，即使在?20°C下也具有低溫性能。最后，對多層自制模塊化電池和1.32 Ah袋電池進行組裝，進一步證實了其實際應用前景。通過對水分子的全面調(diào)控，本工作在保證安全的同時，顯著提高了鋅陽極的穩(wěn)定性?？紤]到這一策略的可擴展性，作者設(shè)想該研究或許可以提供一種有效的方法來解決其他水多價金屬陽極固有特性所帶來的困境，這可能會推動儲能器件的制造。 論文信息 Comprehensive H2O Molecules Regulation via Deep Eutectic Solvents for Ultra-Stable Zinc Metal Anode Ming Li, Xuanpeng Wang*, Jisong Hu, Jiexin Zhu, Chaojiang Niu, Huazhang Zhang, Cong Li, Buke Wu, Chunhua Han*, Liqiang Mai* 文章的第一作者是武漢理工大學的博士研究生李明。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202215552
