西北大学刘肖杰课题组在实现超高面容量锌金属电池研究获进展

近日，西北大学刘肖杰课题组通过少量苹果酸(Mal)分子作为电解质添加剂，证明了非常规Zn (101)面的优先暴露，对促进无枝晶锌沉积非常有效。研究成果发表在《德国应用化学》Angew. Chem. Int. Ed., 2024, e202414757.

该研究提出了一种与传统认知不同的结晶取向调控策略，以提高电镀/剥离过程中Zn (101)织构的暴露，并抑制锌枝晶的生长。实验结果和理论计算表明，苹果酸分子优先吸附在Zn (002)面，导致Zn (101)面织构的独特暴露。同时，苹果酸分子的-COOH和-OH基团在Zn阳极表面表现出强烈的吸附作用，并与Zn2+形成螯合，进而形成贫水双电层。令人印象深刻的是，多功能苹果酸添加剂使锌阳极在15 mAh cm-2/15 mAh cm-2的苛刻条件下存活了600小时。此外，对称电池在5 mA cm-2/1.25 mAh cm-2下具有6600小时的高可逆循环寿命，显著优于ZnSO4电解质。组装的Zn/MnO2全电池也展现出优异的电化学可逆性。

水系锌离子电池（AZIBs）因其高安全性和低成本而被认为是一种有潜力的储能电池新体系。锌金属在AZIBs中作为负极材料，具有较低的电化学电势、较高的理论比容量（820 mAh g-1）和体积比容量（5855 mAh cm-3），以及资源丰富等优点。然而，锌金属作为负极也面临着一些挑战，如锌枝晶的生长、界面寄生副反应以及不可逆的副产物的形成，这些问题会缩短电池的循环寿命。为了解决这些问题，研究人员探索了多种策略来保护锌金属负极。其中，合适的电解液添加剂因其实施过程简便、能够有效改善锌负极的稳定性而脱颖而出。

来源：西北大学

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202414757