水系鋅離子電池由于高安全性、高理論容量、低成本、環(huán)境友好等優(yōu)點，被認為是極具應用前景的安全儲能電池技術之一。然而，鋅負極表面存在的枝晶生長、析氫腐蝕等副反應會使鋅離子電池過早失效，因此開發(fā)長壽命鋅金屬負極是非常必要的。 電解質(zhì)工程是穩(wěn)定鋅金屬負極的一種有效策略，然而，單一的溶質(zhì)或溶劑添加劑難以滿足電解質(zhì)循環(huán)穩(wěn)定性的要求。因此，必須確定利用多組分的協(xié)同效應的方法，從而充分發(fā)揮單個添加劑的性能，有效延長鋅金屬負極的循環(huán)壽命。 近日，南京大學的姚亞剛教授和中科院蘇州納米所的張其沖研究員報道了一種新型高熵電解質(zhì)，由等摩爾的Zn(OTf)2、LiOTf與等體積的水，磷酸三乙酯（TEP）、二甲基亞砜（DMSO）組成，通過增加溶劑化熵顯著提高了電解質(zhì)的穩(wěn)定性，成功將鋅負極循環(huán)壽命延長至8000小時。
具有高供體數(shù)的有機溶劑TEP和DMSO表現(xiàn)出較強的溶劑化能力，可以取代Zn2+溶劑化殼中的水分子，這將導致形成由陰離子和有機溶劑共嵌入的貧水溶劑化結(jié)構(gòu)。此外，水分子與添加劑之間的強大相互作用削弱了水中原有的氫鍵網(wǎng)絡，有效抑制了水分子對鋅負極的腐蝕。 同時，Li+的動態(tài)靜電屏蔽效應促進了界面電場的均勻分布，有助于Zn2+在負極表面均勻吸附和沉積，從而有效抑制了枝晶生長。 此外，OTf-、TEP和DMSO在鋅負極表面原位分解形成了富含無機組分的梯度固體電解質(zhì)界面（SEI）層，不僅能夠促進Zn2+的快速傳輸，同時阻止了水在電極表面的持續(xù)分解，減輕了電極的腐蝕，并通過承受外部應力來抑制枝晶生長。 因此，使用這種高熵電解質(zhì)組裝的Zn//Zn對稱電池在1 mA cm-2和0.5 mAh cm-2的條件下可以穩(wěn)定運行超過8000小時，全電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作通過利用不同組分的顯著協(xié)同效應，實現(xiàn)了更高的無序性和復雜性，為優(yōu)化鋅/電解質(zhì)界面和提高鋅金屬負極的穩(wěn)定性提供了重要參考。 論文信息 High-Entropy Aqueous Electrolyte Induced Formation of Water-Poor Zn2+ Solvation Structures and Gradient Solid-Electrolyte Interphase for Long-Life Zn-Metal Anodes Dr. Lin Lin, Dr. Zhipeng Shao, Shizhuo Liu, Peng Yang, Kaiping Zhu, Wubin Zhuang, Prof. Chaowei Li, Gengde Guo, Wenhui Wang, Prof. Guo Hong, Prof. Bing Wu, Prof. Qichong Zhang, Prof. Yagang Yao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202425008
