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具有高安全性、低成本和生態(tài)友好優(yōu)勢的水系鋅離子電池(AZIBs)在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中顯示出巨大潛力。然而，鋅枝晶的副反應和劣化導致的低庫侖效率和不穩(wěn)定的鋅負極阻礙了AZIBs的實際應用。

在此，安徽大學張朝峰教授&張龍海團隊等人選擇三丙二醇(TG)作為雙功能有機電解質(zhì)添加劑，以顯著提高AZIBs的可逆性。

重要的是，從分子動力學理論模擬和原位電化學阻抗譜、基于同步輻射的原位傅里葉變換紅外光譜等實驗證實TG參與了Zn²⁺的溶劑化鞘層, 調(diào)節(jié)過電位和抑制副反應；同時，TG通過在鋅負極上構建吸附層來抑制枝晶的惡化并改變鋅的沉積方向。

圖1. 對溶劑化能的理論計算和AIMD模擬

總之，該工作報道了一種具有調(diào)節(jié)合適過電位的雙功能有機電解質(zhì)添加劑，用于構建高度可逆的AZIBs，它可以有效抑制鋅枝晶的劣化和副反應的產(chǎn)生，從而形成高度可逆的Zn負極。這種對鋅負極上合適的溶劑化結(jié)構和吸附層的定量調(diào)節(jié)，以及該過程的易擴展性，可以為無枝晶、高性能和低成本的儲能系統(tǒng)帶來直接優(yōu)勢。

具體而言，Zn/Zn對稱電池在1 mA cm^-2的電流密度下可穩(wěn)定用于鋅沉積/剝離超過1100小時。在庫侖效率測試中，Zn/Cu電池可以在0.5 mA cm^-2和0.25 mAh cm^-2下1000個循環(huán)后保持99.81%的高庫倫效率。此外，三丙二醇添加劑適用于硫酸鋅和氯化鋅電解質(zhì)系統(tǒng)。這種具有調(diào)節(jié)合適過電位的雙功能電解質(zhì)添加劑的策略為開發(fā)先進的AZIBs提供了可靠的設計。

圖2. 全電池性能的評估

A Dual-Functional Organic Electrolyte Additive with Regulating Suitable Overpotential for Building Highly Reversible Aqueous Zinc Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202214538

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張朝峰/張龍海AFM：高度可逆水系鋅離子電池

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