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?河北大學(xué)AFM：乙酰胺添加劑實(shí)現(xiàn)深循環(huán)鋅電池中的高度致密鋅金屬負(fù)極和寬溫水系電解質(zhì)

可充電鋅（Zn）水系電池是大規(guī)模儲能的理想候選電池，但其非致密和枝狀鋅沉積、水引起的副反應(yīng)以及狹窄的工作溫度范圍嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

在此，河北大學(xué)張寧團(tuán)隊(duì)通過在水系電解質(zhì)中引入低成本的乙酰胺（Ace）做添加劑實(shí)現(xiàn)高性能鋅金屬電池。該添加劑同時具有供體基團(tuán)和受體基團(tuán)的非人工Ace分子可以破壞水的原始H鍵網(wǎng)絡(luò)，取代Zn²⁺溶劑鞘中的溶劑-H₂O，在Zn表面形成動態(tài)吸附與貧 H₂O的雙電層。因此，Ace的存在可抑制水對Zn的腐蝕，使Zn成核/生長均勻。配制的含Ace電解液在-20至60 °C的寬溫度范圍內(nèi)，即使在25 mAh cm^-2 的條件下，也能使用無壓電解槽實(shí)現(xiàn)高度致密和無枝晶的鋅沉積。

此外，含Ace的電解液還能使鋅電極在-20-60 °C的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)長循環(huán)壽命，并在85.3%的放電深度（25 mAh cm^-2）條件下實(shí)現(xiàn)超過400小時的出色深循環(huán)，進(jìn)而保證鋅-碘電池在苛刻條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1. 含Ace電解質(zhì)中鋅電極的電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

總之，該工作通過在傳統(tǒng)的 1 m ZnSO₄電解液中引入低成本的Ace添加劑，即使使用常壓電解池的面積容量達(dá)到25 mAh cm^-2，也可以實(shí)現(xiàn)高度致密且無枝晶的Zn沉積。此外，優(yōu)化的BE-Ace電解質(zhì)具有-20至60℃的寬工作溫度范圍。實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，同時具有供體和受體基團(tuán)的Ace分子可以與H₂O形成強(qiáng)H鍵相互作用，并取代Zn²⁺溶劑化鞘中的部分溶劑化-H₂O，從而打破了原有的H-水的鍵合網(wǎng)絡(luò)，在高溫下減弱水的反應(yīng)性，并降低電解質(zhì)的凝固點(diǎn)。

此外，Ace分子對Zn具有動態(tài)吸附行為，并在Zn附近形成貧H₂O雙電層，可以調(diào)節(jié)Zn的成核/生長并抑制水對Zn的侵蝕。特別地，BE-Ace電解質(zhì)還可以抑制I₃^–的穿梭效應(yīng)，從而保證Zn-I全電池即使在2.5的低N/P比下也能穩(wěn)定運(yùn)行。因此，該項(xiàng)工作為開發(fā)高性能鋅金屬電池提供了實(shí)用的解決方案，并將啟發(fā)其他水系電池化學(xué)物質(zhì)的先進(jìn)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)。

圖2. I₃^–穿梭抑制和反應(yīng)機(jī)制的表征

Highly Compact Zinc Metal Anode and Wide-Temperature Aqueous Electrolyte Enabled by Acetamide Additives for Deep Cycling Zn Batteries, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202313358

原創(chuàng)文章，作者：Jenny（小琦），如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/03/21/2eb2e6d159/

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