隨著可再生能源需求的增長(zhǎng)，鋅金屬負(fù)極的水系鋅離子裝置構(gòu)成了新興的下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)。在過(guò)去的幾年中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出復(fù)雜的策略來(lái)生產(chǎn)堅(jiān)固的電極和電解質(zhì)以及它們的界面以減輕鋅枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)，但仍然需要使用簡(jiǎn)單的策略(例如電解質(zhì)添加劑)將電化學(xué)穩(wěn)定性提高到商業(yè)水平想要的。

在此，西南石油大學(xué)何顯儒教授&松山湖材料實(shí)驗(yàn)室王欣研究員&廈門(mén)大學(xué)喬羽教授團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種可擴(kuò)展的電解質(zhì)工程，其特征是一種親水性調(diào)節(jié)的非離子兩親聚合物添加劑，可以從根本上抑制與水相關(guān)的副反應(yīng)。

帶有親水和疏水單元的聚合物添加劑促進(jìn)了局部納米級(jí)貧水環(huán)境，該環(huán)境基本上從水性介質(zhì)中去除了Zn²⁺的溶劑。親水鏈段在鋅負(fù)極上的優(yōu)先吸附也會(huì)產(chǎn)生局部疏水層，協(xié)同保護(hù)金屬免受直接水腐蝕。

此外，調(diào)整后的電解質(zhì)增加了負(fù)極上的陰離子分解，這進(jìn)一步導(dǎo)致了富F和O不足的界面，從而促進(jìn)了穩(wěn)定的負(fù)極。

圖1. APA在純水和Zn(OTf)₂水溶液中的溶液結(jié)構(gòu)

研究發(fā)現(xiàn)，在普通液體電解質(zhì)中只有1wt.%的APA時(shí)Zn負(fù)極可以實(shí)現(xiàn)潛在的商業(yè)應(yīng)用。該電解質(zhì)使鋅-鋅對(duì)稱電池的循環(huán)壽命比原始電解質(zhì)延長(zhǎng)了175倍。

此外使用含APA電解質(zhì)的Zn-AC混合離子超級(jí)電容器也表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能（超過(guò)3萬(wàn)次循環(huán)），在5 A g^-1時(shí)容量保持83.6%。同時(shí)含APA的電解質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)出色的寬溫操作，Zn-AC混合離子超級(jí)電容器在-20℃(1 A g^-1)下穩(wěn)定循環(huán)3000次，對(duì)稱電池從50℃降至-30℃仍可以平穩(wěn)運(yùn)行。

因此，該工作利用兩親性聚合物添加劑在水介質(zhì)中產(chǎn)生微尺度疏水環(huán)境，提出了一種新的鋅負(fù)極穩(wěn)定設(shè)計(jì)原則，強(qiáng)調(diào)循環(huán)增強(qiáng)效果和操作的便利性。通過(guò)合理設(shè)計(jì)單體和比例，APA有望推廣到其他發(fā)生界面副反應(yīng)的金屬離子水系電池。。

圖2. APA改進(jìn)鋅金屬負(fù)極的電化學(xué)性能

Nano-scaled Hydrophobic Confinement of Aqueous Electrolyte by Nonionic Amphiphilic Polymer for Long-lasting and Wide-temperature Zn-based Energy Storage, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d2ee04023a