南京大学周豪慎、郭少华《Angew》: 受生物启发的海藻糖添加剂助力高可逆锌负极

凭借内在安全性和潜在的成本优势，可充水系锌电池在下一代储能技术的候选者中脱颖而出。然而，锌负极的适度可逆性是水系锌离子电池长期面临的难题，这促使人们不断探索合适的电解液添加剂。要想获得稳定的锌负极，就必须在多种界面反应中确立平滑沉积的绝对优势，包括抑制副寄生反应和促进锌沉积过程。

近日，南京大学周豪慎教授、郭少华副教授受海藻糖在维持生物稳定性方面机制的启发，首次报道了海藻糖（THL）在电解液改性中的跨学科应用。基于热力学和反应动力学原理，作者研究了海藻糖在抑制析氢反应和加速锌沉积中的关键作用。研究发现，由于添加了海藻糖，晶面定向沉积解锁，电沉积从片状随机堆积变为(002)面暴露的致密块状沉积。因此，获得了高度可逆的锌负极，在锌/铜电池中实现了高达99.8%的平均CE值，在锌对称电池中，在9.0%的放电深度下可稳定循环1500小时。该研究的设计原理和机理分析可为探索先进锌负极的新型添加剂提供启发。

文章要点：

1. 这项工作通过扩展微生物学中的自我防御机制，探索了海藻糖在电解液调节中的应用。作者详细研究了海藻糖在改善锌负极可逆性方面的多重作用，包括氢键断裂剂、溶剂化调节剂和界面反应促进剂。

2. 从热力学角度看，由于海藻糖具有丰富的氢键位点和较强的Zn2+捕获能力，它不仅能破坏H2O的氢键网络以降低其还原活性，还能削弱Zn2+的溶剂化环境以实现无毒脱溶。

3. 从动态角度看，海藻糖分子的界面吸附层还充当了Zn2+脱溶剂化的助手，提供了均匀、高效的锌离子供应，从而促进了有限的锌沉积/剥离动力学。

4. 受益于上述优势，实现了具有良好可逆性的平面锌沉积，在锌/铜电池中的平均CE值高达99.8%，锌对称电池可稳定循环1500小时（DOD为9.0%）。

5. 采用贫电解液时，海藻糖还提高了电池的倍率性能和循环稳定性。在使用ZVO正极的全电池中，海藻糖添加剂的可用性也得到了证实，其倍率性能得到了改善，并且在2000次循环中保持了较高的稳定性。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310143

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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