基于阳离子静电屏蔽与阴离子优先吸附重构双电层实现可持续锌金属电池

《Small》：Reconstruction of Electric Double Layer via Cationic Electrostatic Shielding and Anionic Preferential Adsorption Toward the Sustainable Zinc Metal Batteries

为解决锌金属阳极不可逆问题（如Zn2+副反应），研究人员通过添加Ce(NO3)3电解质添加剂重构双电层。NO3?优先吸附于亥姆霍兹内层促进Zn沉积动力学，Ce3+形成静电屏蔽抑制枝晶，生成的Ce-Zn合金/CeO2加速Zn2+迁移并抑制析氢。该研究使Zn||Zn对称电池在3 mA cm?2下实现4000小时超长循环，为水系锌离子电池（AZIBs）可持续发展提供新策略。

　　

锌金属作为能源存储系统中极具潜力的阳极材料，却因Zn²⁺不可逆副反应严重制约水系锌离子电池(AZIBs)的寿命。这项突破性研究在3 mol/L ZnSO₄电解液中引入多功能添加剂Ce(NO₃)₃，通过密度泛函理论(DFT)模拟和实验证实：硝酸根离子(NO₃^?)在锌表面展现出超强吸附能，优先占据亥姆霍兹内层(IHL)，不仅促进锌离子(Zn²⁺)沉积动力学，还诱导锌晶体优先沿(002)晶面生长从而抑制枝晶。三价铈离子(Ce³⁺)则在IHL形成"静电护盾"，均匀化阳极表面电场分布，使电镀/剥离过程中的锌沉积如春笋般均匀萌发。更有趣的是，微量铈被还原后形成Ce-Zn合金和二氧化铈(CeO₂)，如同在电极表面构建了离子高速公路，既加速Zn²⁺迁移又阻断了析氢反应(HER)等副反应。这些协同效应使得采用该电解液的锌对称电池在3 mA/cm²电流密度下，如同永动机般稳定运行4000小时，极化电压仅39 mV，为下一代高安全、长寿命锌基储能器件开辟了新航道。