螯合驱动的电解液调控实现高度可逆锌金属负极

《Small》：Chelation-Driven Effect on Electrolyte Modulation Toward Highly Reversible Zinc Metal Anode

　　

水系锌基金属电池（Aqueous zinc metal-based batteries）正成为一种可行的储能技术，但锌（Zn）金属与水性电解液之间的界面稳定性差，导致枝晶生长和析氢反应。在此，研究人员采用一种含有两个氮供体位点的双齿螯合配体——联吡啶（bipyridine，BPY）作为添加剂，其优先与Zn²⁺配位并占据第一溶剂化壳层，从而排开水分子并促进硫酸根离子（SO₄^2?）参与溶剂化结构。这种螯合驱动的调控电解液能够使硫酸根离子还原，在Zn表面形成坚固、亲锌、富含硫化物的固体电解质界面（solid electrolyte interphase，SEI）层，且不牺牲添加剂本身。此外，这种电解液调控在抑制Zn腐蚀、促进均匀的Zn²⁺离子通量以及沉积过程中平滑的锌形貌方面也起着至关重要的作用。因此，锌沉积/剥离表现出超过3800小时的超高稳定性，所组装的锌-碘全电池在3 A g^?1下实现了超过10000次的稳定循环，突显了螯合驱动改性电解液的实际应用潜力。

水系锌基金属电池（ARZBs）因低成本、高安全和环境友好被视为可行的储能技术，锌金属具有高理论容量（820 mAh g^?1）和合适的还原电位（?0.763 V vs. 标准氢电极）。然而，锌负极与电解液界面不稳定，水分解导致析氢、副产物生成和钝化，同时枝晶生长可能引发内部短路。传统添加剂多为单齿配体，在低浓度下界面相互作用弱，形成的SEI易降解并消耗添加剂。螯合配体具有多个供体位点，可有效调控溶剂化结构并吸附于界面，但通过螯合添加剂促进硫酸根还原形成富硫化物SEI且不牺牲添加剂本身的研究仍有限。为此，研究人员在硫酸锌电解液中引入双齿螯合配体联吡啶（BPY）作为电解液添加剂，以实现界面稳定化。研究人员通过理论计算和实验证实，BPY优先占据Zn²⁺的第一溶剂化壳层，排出水分子，并促进硫酸根参与配位，进而还原形成亲锌的富硫化物SEI。该策略使Zn||Zn对称电池稳定运行超