由于成本低、安全性高,水系锌离子电池有望用于大规模储能。然而,水系电解质在锌阳极会引起严重的副反应,尤其是析氢反应(HER)。
同济大学潘争辉、杨晓伟等首次通过X射线吸收近边缘结构(XANES)和相应的扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)以及密度泛函理论模拟,揭示了沉积过程中新成核的Zn(FN-Zn)原子比金属Zn阳极表现出更高的反应性和更强的质子吸附,从而会促进H2O的分解。
基于此,提出了一种通用且有效的封盖效应策略,即通过静电屏蔽FN-Zn活性来缓解HER。具体而言,通过筛选和比较一系列电解液添加剂,选择苯磺酸钠(SBS)作为典型,其中具有高配位能的磺酸基团可以优先封端在FN-Zn上以降低其反应性。因此,使用SBS的对称电池不仅在原位电化学气相色谱法中产生的H2量可以忽略不计,而且在1 mA cm-2的条件下可以使用长达2550小时。更重要的是,无HER Zn阳极的封盖效应通过扣式全电池在1000次循环后的容量保持率≈87.1%和具有理想性能的大面积(4×6 cm2)小软包电池得到了验证。
图1 FN-Zn抑制界面HER的封盖效应的示意图
图2 通过封盖效应调节FN-Zn的反应性
图3 全电池性能
Capping Effect on High‐Active Nucleated‐Zn Toward Hydrogen Evolution‐Free Zn Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2025. DOI: 10.1002/adfm.202421442