生物相容性缓冲添加剂BES实现50000次循环水系锌碘电池的稳定运行

为解决水系锌基电池（AZBs）面临的枝晶生长、析氢反应及副反应等问题，研究人员引入N,N-双(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸（BES）作为双功能电解液添加剂。该添加剂通过调控内亥姆霍兹平面（IHP）和缓冲pH值，实现无枝晶锌沉积并抑制腐蚀，使Zn||Zn对称电池稳定循环4300小时，Zn||I2全电池在50000次循环后容量保持率达83.14%，为安全、低成本储能系统开发提供新策略。

　　

水系锌基电池（AZBs）因其安全性、低成本和高理论容量（820 mA h g^-1）成为大规模储能的候选技术，但锌负极的枝晶生长和界面副反应严重制约其实际应用。锌沉积过程中，不均匀的离子分布导致局部浓度梯度，引发枝晶；同时，水分子在电极界面形成的富水层促进析氢反应（HER），生成副产物如Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O。传统人工固体电解质界面（SEI）策略成本高且易失效，亟需简单高效的解决方案。

国家自然科学基金支持的研究团队提出利用生物缓冲剂BES作为电解液添加剂，通过调控界面化学和体相电解质性质双重机制提升AZBs性能。研究结合电化学测试、界面表征和理论计算，证实BES的磺酸基团吸附于锌表面，优化IHP结构，使Zn||Zn对称电池在1 mA cm^-2下稳定循环4400小时，Zn||I₂全电池在5 A g^-1下实现50000次超长循环。

pH Regulation in Electrolyte
BES通过动态缓冲电解液pH（pK_a=7.1）抑制HER和锌腐蚀。原位pH监测显示，含BES的电解液在循环中pH波动幅度降低60%，有效减少副反应。

Conclusion and Perspective
BES的吸附层使锌成核过电位提高22 mV，促进均匀沉积；其缓冲作用将全电池平均库仑效率提升至99.7%。该研究为设计高性能AZBs提供了兼顾界面调控与电解质优化的新思路。

关键技术方法

1. 电化学测试：对称电池循环、塔菲尔曲线、线性扫描伏安法（LSV）
2. 界面表征：扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）
3. 理论计算：分子动力学模拟BES吸附构型

研究意义
BES作为生物相容性添加剂，成本低廉且环境友好，其双重功能机制为开发长寿命AZBs奠定基础，推动其在智能电网、可穿戴设备等领域的应用。论文发表于《Materials Today Energy》，通讯作者为Xinxin Cai。