近年來，水系鋅離子電池因其獨(dú)特的高安全性質(zhì)和在大規(guī)?？稍偕茉磧?chǔ)存中的廣闊應(yīng)用前景得到越來越多的關(guān)注。對(duì)于鋅金屬基水系鋅離子電池，鋅負(fù)極存在的枝晶、析氫、堿式鋅鹽副反應(yīng)等問題嚴(yán)重限制了其循環(huán)壽命。盡管利用界面工程在鋅負(fù)極表面構(gòu)造固態(tài)電解質(zhì)相界面（Solid Electrolyte Interphases, SEI）以減緩副反應(yīng)并穩(wěn)定鋅負(fù)極的策略最近多有報(bào)道，但在嚴(yán)苛條件(大電流密度/高鋅利用率)下，SEI容易出現(xiàn)鈍化/破損現(xiàn)象，如何高效地確保SEI的導(dǎo)鋅能力和完整性是當(dāng)前構(gòu)筑高效鋅負(fù)極面臨的一大難題。
基于此，廣東工業(yè)大學(xué)李成超教授和劉曉慶教授受免疫系統(tǒng)中樹突細(xì)胞的巡查功能啟發(fā)，提出利用簡(jiǎn)單且低成本的雙草酸硼酸鋰(LiBOB, LB)作為多功能電解質(zhì)添加劑，通過模擬樹突狀細(xì)胞的巡查功能以實(shí)時(shí)檢測(cè)原位生成的高親鋅SEI 在循環(huán)過程中出現(xiàn)的缺陷并自動(dòng)修復(fù)破損處，成功構(gòu)筑了具有超高倍率和超長(zhǎng)壽命的鋅金屬基水系鋅離子電池。
在添加LB后，鋅負(fù)極的倍率性能得到了顯著提升，在50 mA cm-2條件下可以穩(wěn)定工作 (1800h)，而在未改性的電解液中鋅負(fù)極僅到20 mA cm-2時(shí)便迅速失效，這主要?dú)w功于LB在鋅負(fù)極表面原位形成具有自修復(fù)功能的SEI膜，這極大地阻斷了枝晶、水分解相關(guān)的副反應(yīng)。更重要的是，鋅負(fù)極在同時(shí)處于大電流和高鋅利用率時(shí)面臨的各類問題也得到了顯著改善，在30 mA cm-2/ 35 mAh cm-2 (75%的鋅利用率)下能夠?qū)崿F(xiàn)接近80 h的穩(wěn)定鋅沉積/剝離過程。此外，文章還通過DFT理論計(jì)算和非原位XRD、FT-IR、XPS等表征手段對(duì)循環(huán)過程中LB是如何動(dòng)態(tài)巡查缺陷并自動(dòng)修復(fù)親鋅SEI進(jìn)行了詳細(xì)的分析探討，揭示了其工作機(jī)理。 此外，得益于LB對(duì)鋅負(fù)極在極端條件下的有效保護(hù)，基于該電解液組裝的低N/P比(~3)的Zn//NVO全電池也展現(xiàn)出極佳的電化學(xué)性能。 綜上所述，該工作著眼于保護(hù)鋅負(fù)極的SEI整體性和導(dǎo)鋅能力，以SEI在循環(huán)過程中的鈍化/破損難題為出發(fā)點(diǎn)，提供了一種新穎且有效的電解質(zhì)設(shè)計(jì)策略，有效解決了鋅金屬基水系鋅離子電池在極端條件下循環(huán)壽命短的問題。 論文信息 Lithium Bis(oxalate)borate Additive for Self-repairing Zincophilic Solid Electrolyte Interphases towards Ultrahigh-rate and Ultra-stable Zinc Anodes Zhaoyu Zhang, Dr. Yufei Zhang, Dr. Minghui Ye, Dr. Zhipeng Wen, Dr. Yongchao Tang, Prof. Xiaoqing Liu, Prof. Cheng Chao Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202311032
