双功能阳离子聚电解质添加剂实现无枝晶且穿梭抑制的锌溴电池

本刊推荐：本研究创新性地引入低浓度双功能聚电解质添加剂P-6，通过静电屏蔽效应调控Zn(101)晶面沉积抑制枝晶生长，同时通过形成稳定复合物抑制多溴化物（Br3-/Br5-）穿梭效应，实现了>1500次循环的超高稳定性锌溴（Zn-Br2）电池，为水系卤素电池界面调控提供了新范式。

　　

Suppression of zinc dendrites by P-6

通过系列浓度梯度实验（x wt.% P-6/2 M ZnSO₄，x=0-1.0）研究P-6对锌负极的影响。P-6作为离子络合剂（图S1）可增加电解质中移动电荷载体数量，降低溶液电阻（图S2）。接触角测试（图S3）表明P-6持续降低电解液在锌箔上的接触角，增强电极润湿性。通过计时安培法测试（图1a）发现，添加0.65 wt.% P-6的电解液使锌沉积电流快速达到稳定状态，表明其能促进均匀成核。扫描电镜图像（图1b-g）显示，普通电解液中锌沉积呈现多孔苔藓状结构，而添加P-6后沉积形貌转变为致密且规则的六边形片层结构。X射线衍射（图1h）证实P-6添加剂促使锌沉积优先沿(101)晶面取向生长，而非常规的(002)晶面。分子动力学模拟（图1i-j）揭示P-6分子通过带正电的季铵基团选择性吸附在Zn(002)/(100)晶面，通过静电排斥作用阻碍锌离子在这些高能量晶面沉积，从而引导锌沿动力学更有利的(101)晶面生长。

Conclusion

本研究证明低浓度（0.65 wt.%/44 mM）阳离子聚合物P-6作为双功能电解质添加剂，可同步解决锌负极枝晶形成和正极多溴化物穿梭扩散问题。电化学分析表明P-6能将锌负极循环寿命延长至1400小时以上，同时提高溴正极的转化效率。通过原位拉曼光谱和理论计算阐明了其作用机制：P-6通过静电屏蔽效应引导锌沿(101)晶面沉积，并通过离子络合作用固定多溴化物。这种双界面调控策略以最小添加剂用量实现了无枝晶、穿梭抑制的锌溴电池运行，为高性能水系电池设计提供了新思路。