188金寶搏官網登錄-首頁白瑩教授研究小組近日在長循環水系鋅離子電池研究中取得重要進展。2023年10月2日，相關研究成果以“Suppressed water reactivity by zincophilic-hydrophobic electrolyte additive for superior aqueous Zn metal batteries”為題在國際知名期刊 Advanced Energy Materials 上發表。188金寶搏官網登錄-首頁白瑩教授、吳川教授和趙然助理研究員為本論文共同通訊作者，2020級博士研究生王亞輝為第一作者。

水系鋅離子電池因其安全性高、成本低且綠色環保等特點被譽為下一代大規模儲能技術強有力的競爭者。金屬鋅作為極具潛力的水系電池負極備受人們關注，但同時也面臨著難以控制的副反應和有害的枝晶生長問題，這嚴重影響了其循環壽命和庫侖效率，限制了其規?；瘧?。

為了解決這些問題，188金寶搏白瑩教授研究小組提出了一種以乙基磺酰胺（ESA）作為多功能電解質添加劑的解決策略緩解鋅金屬負極所面臨的問題，該添加劑不僅可以調節鋅離子溶劑化結構，還可以優先吸附在鋅負極表面，并在表面原位生成一種新型親鋅-微疏水界面，從而將負極與活性水分子隔離開來，有效抑制副反應的發生和枝晶的生長，極大提高電極的循環可逆性，其作用過程示意圖如圖1所示。

圖 1. ESA 改性前（左）和改性后（右）電解質中的鋅沉積行為示意圖。

得益于ESA對水反應性調制的三重效應，金屬鋅負極表現出了極佳的可逆性，在ZnSO₄電解質體系中，以5 mA cm^-2的電流密度實現了平均庫倫效率99.92%的超高水平，添加了乙基磺酰胺（ESA）添加劑的Zn||Zn對稱電池則實現了超過6000 h的長壽命循環。ESA添加劑的作用在Zn//MnO₂全電池和鋅離子電容器中都得到了進一步體現，在5C條件下，1000次循環后的容量保持率為81.60%，在5 A g^-1條件下，50000次循環后的容量保持率為92.25%。此外，全電池在 0.1 C的條件下循環 120 周后，電容量保持率接近100%，表現出卓越的穩定性。這一策略為進一步開發以ZnSO₄為基礎的低成本電解質體系的水系鋅金屬電池提供了新的研究策略。有助于開發商業化的長壽命鋅負極，促進水系鋅離子電池的實際應用。

圖2 ESA添加劑鋅負極性能的提升作用

全文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202302707

附作者介紹：

趙然，188金寶搏官網登錄助理研究員。2017年博士畢業于美國亞利桑那州立大學。主要從事多價金屬離子電池關鍵材料的制備、性能與機理研究，包括鋅離子電池、鈣離子電池以及鋁離子電池等。發表SCI收錄論文26篇，申請專利5項，主持國家自然科學基金青年項目以及博士后面上項目。

吳川，教授，博士生導師，國家高層次人才，Science合作期刊Energy Material Advances副主編。主要關注能量儲存與轉體系及其關鍵材料，包括鋰離子電池、鈉離子電池、鋁二次電池以及其他高性能二次電池新體系。作為負責人主持國家973課題、國家自然科學基金、北京市自然科學基金重點、教育部博士點基金等科研項目。

白瑩，教授，博士生導師，入選英國皇家化學會會士、教育部新世紀優秀人才。從事先進二次電池、輕質儲氫等新型儲能材料研究，主要包括鋰/鈉/鋅電池等體系的關鍵材料、電極與電解質界面穩定性、電池熱分析與熱安全等基本科學問題。作為負責人主持國家863計劃課題、國家自然科學基金、國家基礎研發課題、國家重大專項課題等項目。