通过两性离子介导的溶剂化和界面化学增强锌离子电池的实际应用

《Journal of Materials Chemistry A》：Boosting the practical applications of zinc-ion batteries via zwitterion-mediated solvation and interfacial chemistry

水系锌离子电池中Zn阳极因腐蚀和析氢反应导致热力学不稳定性，通过苯胺蓝（AB）作为电解质添加剂，结合溶剂化学调控和界面工程，动态稳定界面pH，重构电极/电解质界面及Zn2?溶剂化结构，抑制副反应并促进快速电化学动力学。该策略使Zn//Zn电池1600小时长效稳定，Zn//V?O?全电池在5000 mA g?1下3000次循环容量保持105 mAh g?1，N/P=2.0时120次循环仍达153 mAh g?1。

　　

锌阳极在水性电解质中的热力学不稳定性，由腐蚀和氢气析出反应驱动，严重限制了水系锌离子电池的实际应用。本文提出了一种基于两性离子的溶剂化化学和界面工程策略来应对这些挑战。通过引入含有（–SO?H）和（–NH?）基团的苯胺蓝（AB）作为多功能电解质添加剂，可以动态稳定界面pH值波动，同时重构电极/电解质界面和Zn2?的溶剂化结构。实时测量结果显示，AB在储存和工作过程中都能实现原位pH缓冲，抑制了寄生氢气析出和锌的自腐蚀。AB在锌表面的优先吸附进一步抑制了这些寄生反应，重塑了电双层，在锌/电解质界面形成了缺水微环境，并使Zn2?的沉积更加均匀。同时，AB参与了溶剂化过程，从而提高了电化学动力学性能。该策略使得Zn‖Zn电池在经过超过1600小时的日历老化后仍具有高可逆性和良好的稳定性（即使在80%放电深度（DoD）下也能持续使用220小时）。具体而言，Zn‖V?O?全电池在5000 mA g?1的电流下经过3000次循环后仍保持105 mAh g?1的高容量。即使在极低的负正比（N/P）值（2.0）下，该电池在120次循环后仍能保持153 mAh g?1的高容量。