阳离子辅助的锌离子脱溶技术用于高电流密度下长循环寿命的锌金属阳极

《Advanced Energy Materials》：Cation-Assisted Zinc Ion Desolvation for Long-Cycled Zinc Metal Anodes at High Current Rates

锌离子电池中钠乳酸作为阳离子辅助剂，通过竞争水分子占据锌离子六水合配位层，形成缺水界面层抑制枝晶生长，实现20 mA cm-2高倍率下4500小时超长循环寿命，并在90%放电深度下保持稳定，负正容量比2.2。

　　

摘要

离子盐添加剂长期以来被用于调节水系锌电池中水合Zn²⁺的溶剂化结构。然而，阳离子对锌离子溶剂化的影响在很大程度上仍未被探索。在这项工作中，首次提出并阐明了一种基于阳离子辅助的方法，以促进[Zn(H₂O)₆]²⁺的脱溶剂化过程，从而实现高电流速率下的高效可逆锌沉积/剥离。以乳酸钠作为概念验证，研究表明Na⁺阳离子能够形成一种新的溶剂化结构，有效竞争[Zn(H₂O)₆]²⁺外壳中的水分子。这种竞争使得更多的乳酸根阴离子能够进入最终的溶剂化结构中。Zn阳极上形成的缺水界面不仅抑制了由水引发的副反应，还促进了Zn (002)晶面的沉积，减少了枝晶的形成。因此，这些Zn阳极在20 mA cm^?2的高电流密度下表现出长达4500小时的优异循环寿命；即使在90%的放电深度下，其性能依然稳定，并且全电池的负极容量与正极容量之比仅为2.2。这项工作提供了一种简单而有效的电解质工程策略，用于制备耐用且具有高循环性能的锌金属阳极。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。