北化工陈仕谋EES：离子液体添加剂延长锌电池35倍循环寿命！

两性离子液体（ZIL）含有共价结合的阳离子和阴离子分子，具有潜在的电化学应用。

北京化工大学陈仕谋等通过在电解液中加入ZIL添加剂，在锌金属电池的负极和正极的界面上构建了一个自适应的电双层（EDL）。

图1. 电解液设计

具体而言，在电解液中加入ZIL后，在电场作用下，阳离子和阴离子分子可以选择性地聚集在电极表面，从而在锌负极上形成动态静电屏蔽层，而在正极上形成独特的贫水界面。对一系列ZIL的筛选表明，3-（1-甲基咪唑）丙烷磺酸酯（ImS）增强了循环稳定性，因为咪唑阳离子的π-π堆积形成的动态静电屏蔽层可以调节均匀的锌沉积，并通过ImS的磺酸盐提供新的Zn²⁺传输通道。

原位表征和模拟计算的结合表明，ImS添加剂占据了有限的成核友好位点，迫使Zn²⁺沉积在更多的相邻位点上，从而改变了Zn²⁺在EDL中的传输路径。此外，正极材料的溶解也被正极上的自适应EDL明显抑制。

图2. 半电池性能

因此，受益于上述策略，Zn//Zn电池实现了无枝晶的沉积/剥离，与基础电解液相比，运行寿命提高了35倍（3500小时），并且在高电流密度（10 mA cm^-2, 20 mAh cm^-2）下，Zn的利用率超高（85%）。

此外，Zn/NaV₃O₈·1.5H₂O全电池显示出超快的充放电速度（在20A g^-1条件下进行3000次循环后容量保持率为88%），并在高质量负载正极（10.16 mg cm^-2）下表现出3.38 mAh cm^-2的超高面容量（540次循环后保持率为91.15%）。

图3. Zn//NVOH电池性能

Engineering Self-adaptive Electric Double Layer on Both Electrodes for High-Performance Zinc Metal Batteries. Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/d2ee02687b

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