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?北化工陳仕謀EES：離子液體添加劑延長(zhǎng)鋅電池35倍循環(huán)壽命！

兩性離子液體（ZIL）含有共價(jià)結(jié)合的陽離子和陰離子分子，具有潛在的電化學(xué)應(yīng)用。

北京化工大學(xué)陳仕謀等通過在電解液中加入ZIL添加劑，在鋅金屬電池的負(fù)極和正極的界面上構(gòu)建了一個(gè)自適應(yīng)的電雙層（EDL）。

圖1. 電解液設(shè)計(jì)

具體而言，在電解液中加入ZIL后，在電場(chǎng)作用下，陽離子和陰離子分子可以選擇性地聚集在電極表面，從而在鋅負(fù)極上形成動(dòng)態(tài)靜電屏蔽層，而在正極上形成獨(dú)特的貧水界面。對(duì)一系列ZIL的篩選表明，3-（1-甲基咪唑）丙烷磺酸酯（ImS）增強(qiáng)了循環(huán)穩(wěn)定性，因?yàn)檫溥蜿栯x子的π-π堆積形成的動(dòng)態(tài)靜電屏蔽層可以調(diào)節(jié)均勻的鋅沉積，并通過ImS的磺酸鹽提供新的Zn²⁺傳輸通道。

原位表征和模擬計(jì)算的結(jié)合表明，ImS添加劑占據(jù)了有限的成核友好位點(diǎn)，迫使Zn²⁺沉積在更多的相鄰位點(diǎn)上，從而改變了Zn²⁺在EDL中的傳輸路徑。此外，正極材料的溶解也被正極上的自適應(yīng)EDL明顯抑制。

圖2. 半電池性能

因此，受益于上述策略，Zn//Zn電池實(shí)現(xiàn)了無枝晶的沉積/剝離，與基礎(chǔ)電解液相比，運(yùn)行壽命提高了35倍（3500小時(shí)），并且在高電流密度（10 mA cm^-2, 20 mAh cm^-2）下，Zn的利用率超高（85%）。

此外，Zn/NaV₃O₈·1.5H₂O全電池顯示出超快的充放電速度（在20A g^-1條件下進(jìn)行3000次循環(huán)后容量保持率為88%），并在高質(zhì)量負(fù)載正極（10.16 mg cm^-2）下表現(xiàn)出3.38 mAh cm^-2的超高面容量（540次循環(huán)后保持率為91.15%）。

圖3. Zn//NVOH電池性能

Engineering Self-adaptive Electric Double Layer on Both Electrodes for High-Performance Zinc Metal Batteries. Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/d2ee02687b

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