综述：高可逆锌金属阳极的电解质添加剂策略

这篇综述系统总结了水系锌离子电池(AZIBs)电解质添加剂策略的最新研究进展，重点探讨了通过调控Zn2+ 溶剂化结构、构建固体电解质界面(SEI)、定向吸附调控等机制解决锌枝晶生长、析氢反应(HER)和电极腐蚀等关键问题的创新方法，为开发高稳定性锌负极提供了重要理论指导和技术路线。

　　

高可逆锌金属阳极的电解质添加剂策略

引言

随着风电、太阳能等可再生能源的快速发展，开发安全高效的能量存储系统成为保障能源安全的关键。水系锌离子电池(AZIBs)因其安全性高、成本低廉和环境友好等优势，正成为锂离子电池的重要替代品。然而，AZIBs在实际应用中仍面临锌枝晶生长、析氢腐蚀和副反应等挑战，这些问题的核心在于锌金属阳极(ZMAs)与电解液的界面行为。

锌阳极面临的挑战

AZIBs的主要问题集中在两方面：锌离子不均匀沉积导致的枝晶生长，以及电解液对ZMAs的腐蚀。锌枝晶会刺穿隔膜造成短路，而腐蚀反应会产生氢气并形成副产物如Zn₄
SO₄
(OH)₆
·xH₂
O，消耗活性物质。这些问题的根源与电解液中Zn²⁺
的溶剂化结构[Zn(H₂
O)₆
]²⁺
密切相关，其分解会引发析氢反应(HER)和副反应。

电解质优化策略

3.1 Zn²⁺
去溶剂化效应
通过甲醇、葡萄糖等添加剂可重构Zn²⁺
溶剂化鞘层。例如，50%甲醇电解液能将锌沉积的库仑效率(CE)提升至96.6%，而葡萄糖添加剂可使对称电池循环寿命超过2000小时。这些分子通过取代水分子或创造"贫水"环境，有效抑制副反应。

3.2 锌阳极表面吸附调控

• 普通吸附：精氨酸(Arg)通过静电作用吸附在锌表面，形成均匀电场，实现2900小时稳定循环。
• 定向沉积调控：1-丁基-3-甲基咪唑(BMIm⁺
  )引导Zn²⁺
  优先在(002)晶面沉积，获得99.8%的高CE。
• 亥姆霍兹层重构：丙酮添加剂改变双电层结构，使对称电池寿命从270小时延长至1300小时。

3.3 构建固体电解质界面(SEI)
4-乙烯基苯磺酸盐(VBS)在锌表面原位聚合形成有机-无机杂化SEI层，赋予电池1800小时以上的循环稳定性。这类界面能同时抑制枝晶生长和腐蚀反应。

3.4 破坏电解液氢键网络
二乙基碳酸酯(DEC)可打断水分子间的氢键，使电解液在-60°C仍保持性能，锌负极实现3500小时超长循环。

3.5 离子静电屏蔽效应
CeCl₃
添加剂中的Ce³⁺
在锌表面形成动态保护层，使电池在40 mA·cm^?2
高电流下仍保持99.7%的CE。

结论与展望

当前研究已证实电解质添加剂可显著提升AZIBs性能，但多功能复合添加剂开发、正极兼容性优化等仍是未来重点。通过跨学科合作深入理解界面化学，将推动水系锌电池走向实际应用。