水系锌离子电池因其出色的安全性、环境兼容性和成本效益而被广泛认为是锂电池的有前景的替代品。尽管如此，锌表面枝晶的形成、腐蚀和不良副反应对锌离子电池的循环稳定性构成了重大挑战。

图1 不同电解液体系对锌箔表面的影响

哈尔滨工业大学邓先宇、燕山大学闫长媛等将极性碳酸丙烯酯（PC）与四氟硼酸根阴离子配对，建立了强烈的离子偶极相互作用，并在锌电极表面构建了电双层。研究显示，四氟硼酸离子不仅无需添加水溶剂就能与PC分子混溶，还能有效改变锌离子的溶剂化结构。分子动力学（MD）模拟显示，锌离子溶剂化结构中PC分子的配位数达到了3.5。

密度泛函理论（DFT）计算进一步证明，PC分子与四氟硼酸离子之间的结合能超过了PC与水分子之间的相互作用能。在锌离子沉积过程中，这种强离子-偶极子相互作用所构建的电双层显著抑制了ZnF2界面的形成以及PC与水分子的反应，同时促进了锌离子沿着(002)晶面优先生长，I(002)/I(100)强度比提高到16:1。

图2 锌离子在不同电解液中的沉积动力学

因此，在锌/锌对称电池中，这种新型电解液能以1 mA cm-2的电流实现超过1200小时的稳定电静电循环。

值得注意的是，即使在-30℃的低温条件下，对称电池也能在0.5 mA cm-2的电流密度下稳定循环1900小时。所制备的全电池在-30至40℃的宽温度范围内表现出卓越的循环稳定性和可逆性。特别是在-30℃下，电池在3 A g-1的高电流密度下循环10000次后，容量损失可忽略不计。

这种通过强离子-偶极相互作用调控锌离子溶剂化结构的创新方法可促进锌的定向和均匀沉积，为开发能在宽温度范围内工作的长循环锌离子电池提供了一种前景广阔的策略。

图3 电池在不同温度下的循环稳定性

Strong Ion-Dipole Interactions for Stable Zinc‐Ion Batteries with Wide Temperature Range. Advanced Functional Materials 2024. DOI: 10.1002/adfm.202415451