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由于鋅負(fù)極表面不均勻的電場和水引起的寄生反應(yīng)加劇了鋅枝晶的內(nèi)在生長，這在很大程度上阻礙了可充水系鋅離子電池在大規(guī)模儲能中的實(shí)際應(yīng)用。

山東大學(xué)王建軍、劉宏、張進(jìn)濤等，同時防止絕緣副產(chǎn)品（Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O）的產(chǎn)生，以改善鋅負(fù)極的沉積/剝離。

王建軍&劉宏&張進(jìn)濤AFM：β-環(huán)糊精添加劑實(shí)現(xiàn)的超穩(wěn)定水系鋅電池

圖1. β-CD的分子結(jié)構(gòu)和表征

?β-CD超分子獨(dú)特的環(huán)形空腔結(jié)構(gòu)具有疏水性，不僅有利于鋅離子的脫溶劑化，而且由于電荷屏蔽和釘住效應(yīng)，有利于調(diào)節(jié)鋅離子的擴(kuò)散途徑和沉積點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，β-CD分子更傾向于水平吸附在Zn（002）平面上，調(diào)節(jié)Zn²⁺的擴(kuò)散途徑和沉積點(diǎn)，使Zn沿（002）平面沉積而不形成枝晶，并通過促進(jìn)[Zn(H₂O)₆]²⁺的脫溶劑化，抑制H₂的生成和Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O的形成。

圖2. 對稱電池性能

因此，β-CD賦予了Zn負(fù)極超過1700次循環(huán)的99.56%的高庫侖效率，以及在4 mA cm^-2條件下超過1700小時的長時間循環(huán)穩(wěn)定性，并且沒有短路。更有希望的是，在40 mA cm^-2的超高電流密度下，添加了β-CD的Zn//Zn對稱電池可以穩(wěn)定運(yùn)行至少75小時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了在純ZnSO₄電解液中的運(yùn)行時間。

此外，加入β-CD的Zn//V₂O₅全電池在6 A g^-1的條件下循環(huán)1000次后，可以保持較高的容量保持率?？傊@項(xiàng)工作證明了β-CD在穩(wěn)定Zn負(fù)極方面的顯著效果，并為設(shè)計各種水系離子電池的多功能電解液提供了啟示。

圖3. 全電池性能

Ultra-Stable Aqueous Zinc Batteries Enabled by β-Cyclodextrin: Preferred Zinc Deposition and Suppressed Parasitic Reactions. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207732

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