张进涛教授Nature子刊：调控水合锌离子助力锌电池的氧化还原可逆性
2023/6/29 15:15:40 阅读：37 发布者：
锌（Zn）的枝晶生长和析氢反应（HER）等副反应会降低锌基电池的性能，但是这些问题与水合锌离子的脱溶过程密切相关。基于此，山东大学张进涛教授等人报道了通过调节苯酚磺酸锌和4-甲苯磺酸-四丁基铵作为一类电解质的配位微环境，可以有效地调节水合锌离子的溶剂化结构和化学性质。在锌电极可逆循环超过2000 h、库伦效率（CE）高达99.1%、过电位低至17.7 mV的情况下，聚苯胺正极电池在10000次循环中表现出优异的循环稳定性。
由于PS−具有正静电电位（ESP）（SO42−为-6.4 vs. -10.46 eV），Zn2+-H2O、Zn2+-SO42−、SO42−-H2O、Zn2+-PS−和PS−-H2O之间的结合能分别为-104.2、-642.8、-32.1、-420.7和-15.3 kcal/mol。Zn2+和PS−离子之间的静电力比SO42−离子之间的静电力弱，但比Zn2+和H2O分子之间的静电力强。在ZnSO4电解质中，在1.92 Å处有一个尖峰，配位数为5.22，对应的是Zn2+离子与水分子氧之间的距离。因此，在有或没有阴离子参与第一溶剂化结构的溶液中，Zn2+离子更倾向于以六配位形式存在。
在Zn(PS)2中，Zn-Ow和Zn-Oanion的配位峰分别位于1.94和1.82 Å，配位数分别为5.61和0.39。PS−负离子的电荷分散表现出与Zn2+离子的弱相互作用，对比SO42−负离子，配位长度增大。其中，Zn(H2O)5(SO4)和Zn(H2O)5(PS)+的脱溶能分别为719.4和492.2 kcal/mol。体积较大的PS−阴离子也降低了H2O分子的配位数，与拉曼光谱结果一致。
Coordination modulation of hydrated zinc ions to enhance redox reversibility of zinc batteries. Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-39237-3.
转自：“萤火科研”微信公众号
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