研究速讀
水系鋅金屬電池的可充電性受到鋅金屬陽極的副反應和有害形態的困擾。為了提高鋅金屬的可逆性,美國陸軍研究實驗許康研究員&加州大學忻獲麟&加州理工學院Ruoqian Li 團隊報告了一種新的水系電解質溶液結構,具有明顯的疏水性和清除羥基離子的特性。
研究表明,雖然疏水性對于水系統來說聽起來違反直覺,但親水部分可以封裝在疏水外層內,并且可以通過添加親陽離子、強陰離子疏和 OH?活性抑制劑來產生疏水陽極-電解質界面。
局部疏水性使鋅負極表面活性水減少,吸附水減少,從而抑制了水參與副反應的可能性;而羥基離子清除功能進一步減少了不希望的鈍化層形成,從而導致鋅電池具有優異的可逆性(1000 次循環的平均鋅電鍍/剝離效率為 99.72%)和壽命(5000 次循環后容量保持率為 80.6%)。
▲作者展示了“疏水水系電解質”的概念,這可以通過引入具有親陽離子和強陰離子疏水特性的“非傳統”稀釋劑來局部實現。
在這種新的溶劑化結構中,稀釋劑分子優先與鋅陽離子結合(親陽離子),失去水結合能力(疏水),并排斥陰離子(陰離子疏水),這不僅使陽離子穿梭的水去極化,而且允許親水溶劑化區域被封裝在疏水外殼內。滿足“非傳統”稀釋劑標準,二甲基甲酰胺 (DMF) 被確定為硫酸鋅電解質的稀釋劑。
由于 Zn 在其表面上更喜歡 DMF 單體而不是水單體,因此游離水將在很大程度上被排除在 Zn 表面之外,減少了涉及水的副反應。更有趣的是,DMF 分子可以與羥基離子反應而不會引入不需要的 SEI 層,這進一步減少了表面鈍化并實現了平滑的 Zn 電鍍形態。
審核編輯:劉清
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原文標題:許康&忻獲麟等Nano Letters:局部疏水,提升鋅金屬負極的可逆性
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