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納米能源所蒲雄/胡衛(wèi)國(guó)AFM：離子載體添加劑抑制鋅電池中的析氫并促進(jìn)均勻沉積

不受控制的鋅枝晶和不良的副反應(yīng)（如鋅自腐蝕和析氫反應(yīng)）仍然是進(jìn)一步開發(fā)水系鋅電池（AZBs）的主要挑戰(zhàn)。

圖1 溶劑化結(jié)構(gòu)及沉積行為的示意圖

中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所蒲雄、胡衛(wèi)國(guó)等將大環(huán)內(nèi)酯類抗生素添加到水系電解液中，作為離子載體來(lái)調(diào)節(jié)Zn²⁺的溶劑化結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)鋅電沉積和抑制不良寄生反應(yīng)。阿奇霉素（Azi）是一種代表性的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，它能與鋅離子發(fā)生雙齒配位，并將溶劑化結(jié)構(gòu)重塑為[ZnAzi(H₂O)₄]²⁺。得益于此，鋅負(fù)極一側(cè)的自腐蝕和析氫反應(yīng)被顯著抑制，在線產(chǎn)氫監(jiān)測(cè)定量證明了這一點(diǎn)。此外，Azi對(duì)致密和均勻鋅電沉積的促進(jìn)作用也得到了證實(shí)。

圖2 抑制自腐蝕、HER并促進(jìn)均勻的Zn沉積

在電解液中加入0.1 m Azi后，Zn-Zn對(duì)稱電池在10 mA cm^-2的電流密度和10 mAh cm^-2的面積容量條件下，達(dá)到了10 Ah cm^-2的高累積容量。此外，添加Azi添加劑的Zn-V₂O₅全電池還能穩(wěn)定運(yùn)行500次循環(huán)，容量保持率高達(dá)83.5%。更重要的是，相應(yīng)的 Zn-V₂O₅軟包電池可穩(wěn)定循環(huán)100次，且電池不會(huì)產(chǎn)氣。最后，另一種電解質(zhì)添加劑（羅紅霉素；Rox）的性能證明了大環(huán)內(nèi)酯類抗生素作為AZB中離子載體的普遍性。

圖3 Zn-V₂O₅全電池的性能

Zn Ionophores to Suppress Hydrogen Evolution and Promote Uniform Zn Deposition in Aqueous Zn Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307595

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