廉價(jià)且能量密集的鋅負(fù)極是水系鋅離子電池（AZIBs）的關(guān)鍵，然而循環(huán)時(shí)鋅沉積的不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致電池快速失效，析氫反應(yīng)加劇了這一問(wèn)題。電解液添加劑是解決該問(wèn)題的可擴(kuò)展方案，但通常需要高體積濃度才能獲得顯著效果。

在此，湖南大學(xué)梁宵教授、澳大利亞新南威爾士大學(xué)Dipan Kundu等人提出將丙二醇（PG）這種常見(jiàn)的食品和藥物添加劑作為一種無(wú)毒電解液添加劑，用于實(shí)現(xiàn)AZIB中鋅金屬負(fù)極高度穩(wěn)定的無(wú)枝晶循環(huán)。這是在非常低的PG體積分?jǐn)?shù)（10%）下實(shí)現(xiàn)的，即不犧牲電解液的含水性質(zhì)。作者通過(guò)SEM和XRD表征揭示了PG在延長(zhǎng)Zn循環(huán)性能中的作用，由于較高的堆積密度和（002）面較低的表面能，含PG電解液的（002）織構(gòu)電極表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗鋅腐蝕和枝晶形成的能力。

此外，原位光學(xué)顯微鏡進(jìn)一步證實(shí)，Zn電極在含10 vol% PG電解液中實(shí)現(xiàn)了明顯致密和平坦的沉積而沒(méi)有凸起，同時(shí)抑制了H₂的釋放。因此，在低添加劑濃度下性能的顯著提高歸因于有效的形態(tài)調(diào)節(jié)和氫析出的抑制。

圖1. 不同電解液（無(wú)PG、50 vol%和10 vol% PG）中的Zn沉積

電化學(xué)測(cè)試表明，在2 mA cm^-2和2 mA h cm^-2條件下，基于純1 M ZnSO₄電解液的電池僅在33小時(shí)后便失效，平均CE為95.7%。相比之下，含10 vol% PG的電解液可顯著延長(zhǎng)Zn負(fù)極的壽命至1000小時(shí)，其CE為99.1%。甚至，LiMn₂O₄（LMO）/Zn全電池也表現(xiàn)出500次的穩(wěn)定循環(huán)和78% 的保持率。

此外，水系電解液中PG添加劑的低濃度不會(huì)導(dǎo)致極化損失，這意味著也實(shí)現(xiàn)了良好的倍率性能。從頭算分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬揭示了PG在更小的體積濃度下表現(xiàn)出增強(qiáng)性能的起源：PG可以在低濃度下自組織成疏水膜，有利于從Zn表面去除H₂。因此，即使在高負(fù)載情況下，使用兩種不同的正極主體材料也能實(shí)現(xiàn)出色的全電池循環(huán)，突出了該添加劑實(shí)際開(kāi)發(fā)的潛力。

圖2. 基于不同電解液（無(wú)PG、50 vol%和10 vol% PG）的全電池性能

Long-Life Zn Anode Enabled by Low Volume Concentration of a Benign Electrolyte Additive, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200606