黄云辉/黄志梅EnSM：水性电解质助溶剂用于超长寿命可充电锌离子电池

2023年10月10日下午12:57 • 顶刊解读

高活性游离水产生的锌枝晶和析氢反应(HER)严重阻碍了水系锌离子电池(AZIBs)的商业化发展，然而调节Zn²⁺的溶剂化结构是解决上述问题的有效途径。

在此，华中科技大学黄云辉教授&合肥工业大学黄志梅副教授团队设计了一种极性溶剂四甲基脲(TMU)作为水性电解质中的助溶剂。其中，TMU中-C=O基团与Zn²⁺和H₂O形成的强相互作用，不仅有益于重塑Zn²⁺溶剂化结构而且破坏H₂O的本征氢键(H键)。

此外，TMU中-N(CH₃)₂的空间排斥效应阻止水进入初级溶剂化结构。这种协同作用降低了H₂O活性，从而抑制了锌枝晶和HER。

图1. 锌阳极的循环稳定性及表征

结果表明，采用TMU基电解质的Zn||Cu电池在电流密度为10 mA cm^-2的情况下，可以稳定运行6000次以上，库伦效率为99.8%，Zn||Zn电池的容量可达5 Ah cm^-2，超过了大多数涉及共溶剂的文献报道。

Zn||NH₄V₄O₁₀电池在N/P为4的情况下，循环使用300次，容量保持率68%，明显优于不使用TMU(3.9%)的电池。

本工作在分子水平上合理设计电解质组分对于稳定Zn负极和实现高性能AZIBs至关重要。

图2. Zn||NH₄V₄O₁₀全电池在BE和TMU20电解质中的电化学性能

A Co-solvent in aqueous electrolyte towards ultralong-life rechargeable zinc-ion batteries，Energy Storage Materials 2023 DOI：10.1016/j.ensm.2023.01.020

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