高能量密度的电化学储能装置是未来新能源产业发展的一个重要方向。近年来,水系锌离子电池引起了研究者的广泛关注,其中,锌金属以其低的电极电势,较高的理论容量和丰富的自然资源也成为了最理想的负极材料,但是,锌阳极面临的枝晶,腐蚀/析氢问题也严重阻碍了水系锌离子电池的发展。
在此,河南师范大学杨书廷、曹朝霞,河南师范大学/北京化工大学路战胜等人提出了一种具有不同极性磺酸基、Lewis碱醛基和疏水苯环嵌段的多功能苯甲醛2,4-二磺酸钠(B24DADS)添加剂,以调节Zn2+的溶剂化结构,构建贫水亲锌双电层结构,并在Zn负极表面形成被动SEI,从而抑制枝晶生长和界面副反应。
此外,锌的均匀沉积机制揭示了诱导沉积、添加剂衍生的SEI形成和织构调节的协同效应。此外,Na+还可以通过静电屏蔽机制限制锌枝晶的生长。基于此,多功能添加剂B24DADS使负极具有显著的电化学性能。在临界测试条件下(20 mA cm−2/20 mAh cm−2),锌具有优异的长循环(3700 h)和低极化电压(0.02 V),含有B24DADS的电解质与二氧化锰正极匹配良好。
图1. 电极界面表征
总之,该工作在硫酸锌电解液中引入了一种性能优异且价格低廉的添加剂B24DADS。分析证明,B24DADS可以通过同时调节Zn2+和电解质-Zn负极界面的溶剂化结构来调节Zn均匀电镀/剥离和抑制界面副反应。
基于此,B24DADS添加剂的多功能效应使锌金属在高电流密度下具有优异的循环性能。B24DADS添加剂可以在20 mA cm-2的超高临界测试条件下稳定负极,同时具有3700 h的超长循环寿命和较低的电压极化(0.02 V),并且提高了Zn/MnO2电池的循环稳定性。因此,该工作表明B24DADS在构建高稳定性锌负极方面具有良好的应用前景。
图2. 高度稳定和可逆的Zn沉积
Simultaneous Modulation on Solvation Shell and Electrode Interface for Reversible Zinc Anode Realized by a Mutiplefunctional Additive, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202414956