大規(guī)模儲(chǔ)存太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源發(fā)揮著關(guān)鍵作用以更清潔和可持續(xù)的方式使我們的經(jīng)濟(jì)脫碳。鋰離子電池(LIBs)是目前占主導(dǎo)地位的儲(chǔ)能系統(tǒng)，但眾所周知的安全問(wèn)題、高成本、由于有機(jī)電解液的昂貴和易燃，潛在的資源問(wèn)題也出現(xiàn)了電解質(zhì)和鋰鈷資源的稀缺性。

發(fā)展替代的安全、經(jīng)濟(jì)、大規(guī)模的儲(chǔ)能解決方案已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)越來(lái)越緊迫的問(wèn)題?？沙潆婁\離子電池(RAZB)作為L(zhǎng)IBs的補(bǔ)充，具有水溶性電解質(zhì)的本質(zhì)安全性和鋅金屬陽(yáng)極良好的性能，理論容量高(820 mA h g^-1, 5855 mA h cm^-3)，氧化還原電位低，資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。

盡管這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但由于其較差的循環(huán)穩(wěn)定性和Zn溶解/沉積的低庫(kù)倫效率，大大阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。其中一個(gè)解決方案就是構(gòu)筑穩(wěn)定的負(fù)極SEI，可以用于抑制Zn枝晶生長(zhǎng)和Zn負(fù)極和水之間的副反應(yīng)，但它仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

近日，伍倫貢大學(xué)郭再萍教授、毛劍鋒和江蘇師范大學(xué)王慶紅副教授在Energy & Environmental Science發(fā)表最新成果，受生物粘附原理的啟發(fā)，通過(guò)多巴胺添加劑的原地電化學(xué)聚合工藝，在鋅陽(yáng)極上成功構(gòu)建了穩(wěn)定的聚多巴胺SEI。這種原位聚合物SEI具有豐富的功能基團(tuán)和突出的親水性，用于調(diào)節(jié)鋅成核，以實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶的鋅沉積，高的鋅離子電導(dǎo)率可以用于快速Zn²⁺傳輸，其強(qiáng)大的粘附力，可以阻斷界面副反應(yīng)。因此，Zn電極具有很高的可逆性，庫(kù)侖效率為99.5%，穩(wěn)定性卓越，即使在超高電流密度和面積容量（30 mA cm^-2，30 mA h cm^-2）下也是如此。此外，在貧電解質(zhì)（9μL mAh^-1）條件下，負(fù)極與正極的容量比（~2）較小的條件下，Zn/V₂O₅全電池的壽命可以延長(zhǎng)至1000圈。這項(xiàng)工作為水電池化學(xué)的SEI設(shè)計(jì)提供了靈感，并促進(jìn)了RAZB的實(shí)際應(yīng)用。

圖1. 聚合物SEI的形成示意圖、Zn的表征和在10 mA cm^-2和30 mA cm^-2下的電池測(cè)試

圖2. 在Zn上形成的原位聚合物SEI的表征

圖3. 聚合物SEI的多功能特性

圖4. 聚合物SEI層對(duì)鋅沉積行為及可逆性的影響

圖5. 鋅負(fù)極在實(shí)際條件下的電化學(xué)性能

Bio-inspired design of an in-situ multifunctional polymeric solid-electrolyte interphase for Zn metal anode cycling at 30 mA cm^-2 and 30 mA h cm^-2. Energy Environ. Sci., 2021, Accepted Manuscript.

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/EE/D1EE01851E