憑借內(nèi)在安全性和潛在的成本優(yōu)勢，可充水系鋅電池在下一代儲能技術(shù)的候選者中脫穎而出。然而，鋅負(fù)極的適度可逆性是水系鋅離子電池長期面臨的難題，這促使人們不斷探索合適的電解液添加劑。要想獲得穩(wěn)定的鋅負(fù)極，就必須在多種界面反應(yīng)中確立平滑沉積的絕對優(yōu)勢，包括抑制副寄生反應(yīng)和促進(jìn)鋅沉積過程。
近日，南京大學(xué)周豪慎教授、郭少華副教授受海藻糖在維持生物穩(wěn)定性方面機(jī)制的啟發(fā)，首次報道了海藻糖（THL）在電解液改性中的跨學(xué)科應(yīng)用。基于熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)原理，作者研究了海藻糖在抑制析氫反應(yīng)和加速鋅沉積中的關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，由于添加了海藻糖，晶面定向沉積解鎖，電沉積從片狀隨機(jī)堆積變?yōu)?002)面暴露的致密塊狀沉積。因此，獲得了高度可逆的鋅負(fù)極，在鋅/銅電池中實現(xiàn)了高達(dá)99.8%的平均CE值，在鋅對稱電池中，在9.0%的放電深度下可穩(wěn)定循環(huán)1500小時。該研究的設(shè)計原理和機(jī)理分析可為探索先進(jìn)鋅負(fù)極的新型添加劑提供啟發(fā)。
文章要點：
1. 這項工作通過擴(kuò)展微生物學(xué)中的自我防御機(jī)制，探索了海藻糖在電解液調(diào)節(jié)中的應(yīng)用。作者詳細(xì)研究了海藻糖在改善鋅負(fù)極可逆性方面的多重作用，包括氫鍵斷裂劑、溶劑化調(diào)節(jié)劑和界面反應(yīng)促進(jìn)劑。
2. 從熱力學(xué)角度看，由于海藻糖具有豐富的氫鍵位點和較強(qiáng)的Zn2+捕獲能力，它不僅能破壞H2O的氫鍵網(wǎng)絡(luò)以降低其還原活性，還能削弱Zn2+的溶劑化環(huán)境以實現(xiàn)無毒脫溶。
3. 從動態(tài)角度看，海藻糖分子的界面吸附層還充當(dāng)了Zn2+脫溶劑化的助手，提供了均勻、高效的鋅離子供應(yīng)，從而促進(jìn)了有限的鋅沉積/剝離動力學(xué)。
4. 受益于上述優(yōu)勢，實現(xiàn)了具有良好可逆性的平面鋅沉積，在鋅/銅電池中的平均CE值高達(dá)99.8%，鋅對稱電池可穩(wěn)定循環(huán)1500小時（DOD為9.0%）。
5. 采用貧電解液時，海藻糖還提高了電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在使用ZVO正極的全電池中，海藻糖添加劑的可用性也得到了證實，其倍率性能得到了改善，并且在2000次循環(huán)中保持了較高的穩(wěn)定性。
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