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?大化所彭章泉/趙志偉AFM：在水系電解質(zhì)中使用微量安賽蜜實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋅負(fù)極

鋅金屬負(fù)極（ZMAs）的穩(wěn)定性極大地限制了水系鋅離子電池（ZIBs）的電化學(xué)性能和實(shí)際應(yīng)用。使用微量添加劑是一種高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。然而，有關(guān)微量添加劑的研究還很少，它們在穩(wěn)定鋅金屬負(fù)極方面所起的作用仍存在重大不確定性。

在此，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所彭章泉、趙志偉等人報(bào)道了一種含有微量Acesulfame-K(AK)(僅1.0 mg mL^-1)的低成本ZnSO₄基水系電解質(zhì)，可有效抑制ZMA表面發(fā)生的副反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)無枝晶Zn²⁺沉積，超長循環(huán)壽命超過1600h，庫侖效率高達(dá)99.86%。因此，具有AK的實(shí)用Zn//NH₄V₄O₁₀全電池也表現(xiàn)出高放電容量和容量保持率。

此外，原位光譜與理論計(jì)算相結(jié)合表明，微量AK傾向于在ZMA/電解質(zhì)界面處積聚，以減輕電解質(zhì)腐蝕。更重要的是，吸附的AK可以調(diào)節(jié)界面H₂O結(jié)構(gòu)(即破壞界面H鍵以形成更孤立的H₂O)以減少質(zhì)子/氫氧化物傳輸，從而抑制析氫反應(yīng)。

圖1. 原位ATR-SEIRAS表征

總之，該工作開發(fā)了一種經(jīng)濟(jì)的ZnSO₄基水性電解質(zhì)，含有微量AK添加劑(僅1.0 mg mL^-1)以有效穩(wěn)定ZMA。該策略可實(shí)現(xiàn)無枝晶的Zn²⁺沉積，使用壽命超過1600小時(shí)(在Zn//Zn電池中，5 mA cm^-2和 2.5 mAh cm^-2)，1300次循環(huán)后ZMA的CE高達(dá)99.86%(在Zn//Cu電池中，5 mA cm^-2和1 mAh cm^-2)。

此外，BE/AK中穩(wěn)定的ZMA顯著提高了Zn//NH₄V₄O₁₀全電池的比容量和容量保持率。因此，該工作提出的研究表明界面H₂O結(jié)構(gòu)對于ZMA的穩(wěn)定性至關(guān)重要，并修正了添加劑的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，這將有利于在經(jīng)濟(jì)高效和實(shí)用的ZIBs中定制添加劑設(shè)計(jì)。

圖2. 電池性能

Interfacial H2O Structure Matters: Realizing Stable Zinc Anodes with Trace Acesulfame-K in Aqueous Electrolyte， Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202316605

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