范红金/刘瑞平/韩鹏AEM: 钢铁防腐启发的低成本添加剂实现稳定锌负极！

由于锌负极的不稳定性（枝晶生长、表面腐蚀和钝化）导致的循环寿命差，从而限制了水系锌电池（AZB）的发展。

在此，新加坡南洋理工大学范红金教授、中国矿业大学刘瑞平教授及韩鹏等人受钢铁行业防腐策略的启发，采用复合缓蚀剂（CCI）作为锌金属负极保护的电解液添加剂。具体而言，作者将十二烷基二甲胺乙醇内酯（DDN）、脂肪酸甲酯乙氧基化物（FMEE）和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）组成的典型复合缓蚀剂（记为DFA）作为一种创新的低成本（约500元/公斤）ZnSO₄电解液添加剂。

研究表明，添加的DFA倾向于锚定在Zn表面并通过Zn-O键自发形成均匀的SEI薄层。根据实验和模拟结果，这种DFA层具有高度亲锌性，可有效阻碍H₂O和SO₄^2-运输，从而抑制HER反应。此外，由于Zn和惰性DFA层之间的强化学键合，保证了具有高电镀/剥离可逆性的3D均匀Zn成核。

图1. 不同电解液中的锌镀层和剥离行为

因此，具有DFA保护的Zn||Zn对称电池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的条件下可实现超过1100小时的可逆剥离/电镀过程。当电流密度达到10 mA cm^-2时，采用 ZnSO₄+ DFA电解液的对称电池在1 mAh cm^-2下仍能提供900小时的长循环寿命，而基于纯ZnSO₄电解液的电池在相同条件下仅能循环50小时。

此外，基于添加DFA电解液的Zn-Ti半电池在250次循环后的CE仍超过98.2%。这些结果证实，DFA层赋予锌负极高氧化还原可逆性和低腐蚀倾向。更重要的是，以MnO₂作为正极的Zn-MnO₂全电池在0.5 A g^-1下循环1000次后仍具有约90%的容量保持率，每循环容量衰减仅为0.013%。总之，这项工作为高性能AZBs的低成本电解液添加剂设计提供了一种新策略。

图2. Zn-MnO₂全电池的电化学性能

Steel Anti-Corrosion Strategy Enables Long-Cycle Zn Anode, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202603

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