通过3-吡啶磺酸调控溶剂化层结构与氢键网络，实现长寿命水性锌电池的协同设计

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Synergistic Design of Long-Life Aqueous Zinc Batteries Through Solvation Sheath Reconstruction and Hydrogen-Bond Network Regulation by 3-Pyridinesulfonic Acid

水系锌离子电池通过添加3-吡啶磺酸添加剂有效抑制枝晶生长和副反应，优化电解质后实现2700小时对称电池和1500次全电池循环性能，揭示分子配位重构溶剂化壳的机理。

　　

水系锌离子电池（AZIBs）因其固有的安全性和成本效益而成为大规模储能系统的有前景的候选者。然而，由于水电解液中大量活性水分子的分解导致树枝状晶体的快速生长以及严重的副反应，严重阻碍了其实际应用。在本研究中，以优化浓度将3-吡啶磺酸（3-PSA）分子引入作为AZIBs的电解液添加剂。通过电化学表征和理论计算发现，磺酸基团（?SO₃H）与Zn²⁺之间的定向配位作用导致(Zn(H₂O)₆)²⁺的溶剂化壳层发生重构，这种重构后的离子会吸附在锌金属表面，从而促进Zn²⁺的均匀沉积，并显著减少自由H₂O分子的数量。此外，3-PSA的引入还破坏了原有的氢键网络，调整了氢键的键角，并抑制了由水引起的腐蚀和副反应。使用设计的50 mM 3-PSA/2 M ZnSO₄电解液的Zn//Zn对称电池在1 mA cm^–2/1 mAh cm^–2的条件下表现出优异的循环寿命（2700小时），而Zn//MnO₂全电池在2 A g^–1的条件下实现了1500次超稳定循环，显著优于使用纯ZnSO₄电解液的对照组。本研究为高性能AZIB电解液的工程设计提供了新的见解和策略。