用于高稳定性水系锌离子电池的自修复混合相的痕量分子螯合工程

《Energy & Environmental Science》：Trace molecular chelation engineering of a self-healing hybrid interphase for highly stable aqueous zinc-ion batteries

水系锌离子电池通过痕量聚谷氨酸钠分子螯合构建动态自愈混合界面层，解决阳极不可逆退化问题，实现Zn//Zn>4500小时循环，Zn//Na2V6O16·3H2O全电池硬币/袋式分别180/1000次循环，Zn//I2>5000次循环，展示ppm级动态界面调控普适性。

　　

水性锌离子电池（AZIBs）由于其固有的安全性和低成本，在电网规模储能方面具有巨大潜力，但面临着由枝晶生长和副反应引起的严重不可逆阳极退化问题。在这里，我们提出了一种基于分子螯合的界面工程策略，利用微量聚谷氨酸钠（PS）在锌阳极上构建一种动态自修复的混合界面层。PS能够重新组织界面水网络并螯合锌离子（Zn²⁺），形成一种自适应的类水凝胶结构——PS–Zn（PSZ）层，该层能够在原位生成无机固体-电解质界面（SEI）。这种PSZ–SEI层的协同作用为电极提供了强大的保护作用、精确的水合调节能力以及持续的自修复功能。因此，Zn–Zn对称电池的循环寿命超过了4500小时；而Zn–Na₂V₆O₁₆·3H₂O全电池在高正极负载（约12 mg cm^?2）条件下，在纽扣电池中可稳定循环1000次，在 pouch 电池中可稳定循环180次（N/P比 = 1.62）。这种方法在Zn–I₂电池中也得到了验证，其循环寿命超过了5000次。这种基于ppm级微量物质的动态界面控制技术有效解决了实际应用中水性锌离子电池长期存在的界面问题。