陈人杰/黄永鑫Sci Bull.：新型冠醚的分子识别效应助力高可逆锌负极

水系锌离子电池具有包括高丰度、低毒性和本征不可燃性的显著优势。然而，由于枝晶生长和腐蚀反应不受控制，这种电池表现出严重的不可逆性，这限制了它们的实际应用。

图1 溶剂化鞘结构的表征

北京理工大学陈人杰、黄永鑫等受其独特的分子识别特性的启发，筛选出具有与Zn²⁺离子直径相同的内腔尺寸的超分子冠醚作为大环宿主，以优化Zn²⁺配位环境，从而抑制H₂O分子的反应性，并诱导原位形成有机-无机混合双重保护界面相。

冠醚中高度规整的低聚环氧乙烷单元赋予其独特的分子识别能力，这使其能够根据内腔的大小与金属离子特异性结合，而大环体的外部则是疏水的，这就抑制了水引起的析氢反应和锌负极腐蚀。

图2 半电池性能

此外，原位组装的界面相具有”离子筛”效应，可排斥H₂O分子并促进Zn²⁺的快速传输，从而抑制副反应并使Zn²⁺离子均匀沉积。因此，Zn||Zn对称电池中的Zn负极显示出较长的循环寿命，在2.0 mA cm^-2/2.0 mAh cm^-2条件下运行超过1360 h，相当于1.36 Ah cm^-2的超高累积沉积容量。

同时，Zn|||Cu半电池的CE值高达 98.4%。此外，添加了冠醚添加剂的Zn||LMO全电池在200次循环后的保持率提高了70%，从而证明了实现非枝晶Zn负极并延长其使用寿命的策略大有可为。

图3 Zn||LMO全电池性能

Molecular recognition effect enabled by novel crown ether as macrocyclic host towards highly reversible Zn anode. Science Bulletin 2023. DOI: 10.1016/j.scib.2023.08.024