鋅的枝晶生長和包括析氫在內(nèi)的副反應(yīng)常常會降低鋅基電池的性能。這些問題與水合鋅離子的解溶劑化過程密切相關(guān)。

圖1 電化學(xué)和形態(tài)特征

山東大學(xué)張進濤等表明，以苯酚磺酸鋅和四丁基銨4-甲苯磺酸銨作為電解液體系，通過調(diào)整配位微環(huán)境，可以實現(xiàn)對水合鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的有效調(diào)節(jié)。研究顯示，這種電解液在配位Zn²⁺離子的解溶劑化過程中表現(xiàn)出快速的轉(zhuǎn)移動力學(xué)和低能量障礙。特別是，在具有中等吸附能力的四丁基銨4-甲苯磺酸銨的存在下，季銨鹽陽離子（TBA⁺）的優(yōu)先吸附有助于抑制Zn²⁺離子的二維擴散，從而誘導(dǎo)均勻的Zn沉積。

圖2 電解液結(jié)構(gòu)的電化學(xué)和光譜分析

因此，這種電解液賦予了Zn-Zn對稱電池超過2000小時的良好循環(huán)穩(wěn)定性，過電位低至50.2 mV，比ZnSO₄電解液中的壽命高出近22倍。此外，組裝后的PANI-Zn電池表現(xiàn)出194 mAh g^-1的提高比容量和10000次循環(huán)中82%的良好容量保持。這項工作為設(shè)計先進的電解液提供了鼓舞人心的基本原則，在溶劑化調(diào)節(jié)和界面調(diào)節(jié)的雙重作用下，將為高性能的鋅基電池和其他電池提供參考。

圖3 單電池的電化學(xué)性能

Coordination modulation of hydrated zinc ions to enhance redox reversibility of zinc batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-39237-3