水系鋅離子電池(ZIBs)受到嚴重的枝晶生長和副反應的困擾，表現出庫侖效率低和循環穩定性差。然而，電解質工程被認為是提高鋅金屬可逆性的有效方法。

在此，四川大學張云教授，蔡文龍團隊通過構建競爭性溶劑化結構，展示了一種獨特的電解質調節策略，可實現持久的ZIBs。在復合水體系中，引入碳酸二甲酯(DMC)中的不溶性LiNO₃來實現Zn²⁺配位環境中的活性水解離，并且有機/陰離子富集的溶劑化結構能夠形成穩定的界面，從而有效抑制不利的反應。

結果顯示，鋅金屬負極表現出抑制枝晶生長的特性，并且在超過1600小時的電鍍/剝離過程中具有高可逆性，具有超過16 Ah cm^-2的優異累積容量、高溫(50℃)下的超長壽命和高放電深度(65%)。此外，Zn||V2O5全電池在1 A g^-1下可穩定工作1000次以上。

圖1. 鋅負極SEI表征的實驗表征和鋅沉積行為的可視化分析

總之，該工作提出了一種競爭性溶劑化結構來操縱電解質環境并構建穩定的界面來抑制HER和鋅腐蝕。結果顯示，添加DMC助溶劑后，水分子含量大大降低，并且通過添加LiNO₃引入了第二陽離子(Li⁺)，其往往與Zn²⁺競爭配位水分子，進一步在表面生成陰離子SEI層，誘導均勻的鋅沉積并抑制HER。即使在高放電狀態下，在室溫和50℃下也實現了高度可逆的鍍鋅/剝離行為。

同時，組裝的Zn||V₂O₅全電池表現出優異的倍率和循環性能，并且使用HD-OTf/Li電解液，全軟包電池也能正常工作。因此，該項研究提供了一種可行的策略來指導鋅負極的可靠界面化學，并為非濃縮水性電解質走向實用的水系儲能系統提供了一個新的思路。

圖2. 鋅離子全電池的電化學性能

Electrolyte Engineering via Competitive Solvation Structures for Developing Longevous Zinc Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302749