邵元龙/程涛Angew.：高供体数添加剂调控内亥姆霍兹平面实现高度可逆的水系锌电

水系锌离子电池(AZIBs)的性能高度依赖于内亥姆霍兹平面(IHP)化学。臭名昭著的包含析氢(HER)和Zn枝晶的寄生反应均源于活性IHP内丰富的游离H₂O和随机Zn沉积。

在此，北京大学邵元龙研究员&苏州大学程涛教授团队报告了一种通用的高供体数(DN)添加剂吡啶(Py)，添加量仅为1 vol.%(Py-to-H₂O 体积比)，用于调节IHP内的分子分布。

并且通过密度泛函理论(DFT)计算和分子动力学(MD)模拟证实掺入的Py添加剂可以调节Zn²⁺溶剂化鞘，有效地将H₂O分子排除在IHP之外，有利于防止H₂O分解。因此，即使在极端条件下，例如80%的高放电深度(DOD)，基于Py添加剂的对称电池可维持约500小时的长期稳定性。

图1. 内亥姆霍兹面的设计策略和添加剂的选择

具体而言，独特的IHP结构显著增强了Zn||Zn电池的性能(在80%的DOD下超过500 h)和Zn||NVO全电池的性能(在极低N/P为2.1的情况下，550个周期的长期稳定性和91.3%的保留率)。

更重要的是，本文通过核磁共振和拉曼测证明Py在Zn²⁺溶剂化鞘中有效地取代了溶剂化的H₂O；且MD模拟结果显示Py吸附层进一步排除了部分界面脱溶的H₂O，形成了缺少H₂O的内亥姆霍兹平面。总之系统地研究了DN值对溶剂化鞘和抑制H₂O活性的影响，得出了较高DN值的添加剂有利于较小的添加量，从而提高Zn的可逆性。

因此，可以利用Py添加剂的多用途优势，在各种锌基盐电解质水溶液中引入Py的策略。该工作不仅为开发高安全性、高性能的有机电解质添加剂提供了思路，也为实际AZIBs的电解质设计开发了新的方向。

图2. Zn||NVO全电池在不同电解质中的综合性能

Regulating the Inner Helmholtz Plane with a High Donor Additive for Efficient Anode Reversibility in Aqueous Zn-Ion Batteries，Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202302302