氢键介导质子阻断策略构筑超稳定锌负极的界面调控机制

为解决水系锌离子电池(ZIBs)中质子迁移引发的界面副反应和枝晶生长问题，研究人员创新性引入低浓度四氢-4H-吡喃-4-酮(THPO)作为质子阻断剂。通过其羰基/醚基团与H2O形成强氢键，破坏水分子连续氢键网络，抑制Grotthuss机制下的质子传输；同时THPO选择性吸附于Zn(100)/(101)晶面，引导Zn2+沿(002)面均匀沉积。该策略使Zn//Zn对称电池实现7000小时超长循环，Zn//Cu电池2000次循环后库伦效率达99.5%，为高稳定锌基储能器件开发提供新思路。

　　

水系电解液在锌离子电池(ZIBs)的离子传输与能量转换中扮演关键角色。然而高活性水分子形成的连续氢键网络会通过格罗特斯机制(Grotthuss mechanism)加速质子迁移，加剧电极界面副反应和锌枝晶生长。研究团队创新采用低浓度四氢吡喃酮(THPO)作为质子阻断剂——其分子中的羰基(C=O)和醚键(C-O-C)能像"分子锁"般与水分子形成高强度氢键，有效瓦解水网络的质子传导通道，同时维持电解液pH稳定性。更有趣的是，THPO还能作为"晶体向导"选择性吸附在锌负极的(100)和(101)晶面，像交通指挥员般将锌离子(Zn²⁺)引导至(002)晶面进行有序沉积，最终形成致密平整的锌镀层。这种"双管齐下"的策略使对称电池实现创纪录的7000小时循环寿命，与钒氧化物(V₂O₅)正极组装的软包电池也展现出优异实用性，为下一代高安全储能器件开发提供了全新分子设计思路。