水系鋅離子電池具有較高的理論能量密度、成本低廉、負極氧化還原電勢低、安全穩(wěn)定等優(yōu)點，是應(yīng)對當前能源和環(huán)境危機的重要新型儲能技術(shù)。由于鋅負極存在枝晶生長、析氫等不利副反應(yīng)影響其大規(guī)模推廣。其中，電解質(zhì)作為鋅基器件的核心部件，起著橋接電極和引導(dǎo)離子傳輸?shù)年P(guān)鍵作用，因此無需復(fù)雜制備過程的電解質(zhì)改性工程被認為是解決水系電池瓶頸問題的重要方法之一。向傳統(tǒng)鋅鹽中引入合適的添加劑，可對鋅離子溶劑鞘結(jié)構(gòu)做出修飾，是一種簡便、有效的穩(wěn)定鋅金屬化學(xué)的方法。在眾多添加劑中，多羥基分子作為一類具有較強表面電荷密度的材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的親鋅性和親水性，有望在鋅負極/電解液界面處對鋅離子的遷移和沉積進行調(diào)控。
近日，浙江師范大學(xué)胡勇教授課題組通過在ZnSO4溶液中加入少量木糖醇分子作為添加劑,實現(xiàn)氫鍵網(wǎng)絡(luò)的定向重構(gòu)，顯著提升鍍鋅/剝離的可逆性以及鋅離子電池的儲能性能。木糖醇對于調(diào)控鋅離子溶劑鞘結(jié)構(gòu)具有獨特的優(yōu)勢，可將部分配位水分子和硫酸根陰離子從初始溶劑鞘中排出，減少強、中氫鍵比例，抑制自由水活性，屏蔽靜電耦合，提升鋅離子的傳輸效率。同時，DFT理論計算模擬表明木糖醇可優(yōu)先吸附于鋅金屬表面，構(gòu)筑起對鋅離子擴散和沉積有調(diào)控作用的SEI層，均勻表面電場分布和離子通量，降低脫溶劑化能，實現(xiàn)穩(wěn)定鋅沉積。得益于鋅離子遷移和沉積電化學(xué)行為的改善，對稱鋅電池可在1.0 mA cm–2電流密度下穩(wěn)定循環(huán)1100小時以上。最終，該含木糖醇添加劑的ZnSO4電解液促使鋅離子電池展現(xiàn)出更高的比容量，優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，該工作為解決多羥基分子在水系電解液能源應(yīng)用中的固有問題提供了一種新策略。 論文信息 Modulating Cation Migration and Deposition with Xylitol Additive and Oriented Reconstruction of Hydrogen Bonds for Stable Zinc Anodes Hongfei Wang,+ Wuquan Ye,+ Bowen Yin, Kexin Wang, Muhammad Sohail Riaz, Bin-Bin Xie,* Yijun Zhong, and Yong Hu* Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202218872
