王久林Angew.：不燃有机电解液助力锌负极2000小时稳定循环

可充锌电池（RZBs）由于其多重优势，被认为是下一代电化学设备的有力竞争者。然而，传统的水系电解液可能会通过快速的容量衰减和较差的库仑效率（CE）对电池的长期循环造成严重危害，这是由水系体系中复杂的反应动力学造成的。

图1. 电解液设计

上海交通大学王久林等探索了一种新型的非水电解液系统，该系统采用不易燃、两性和质子有机溶剂N-甲基甲酰胺（NMF）与三氟化锌盐（Zn-NMF）相结合。由于NMF具有高闪点（111℃）和高介电常数（186.9），因此，典型的有机溶剂型电解液中较低的离子传导性和可燃性问题已经得到了解决。

此外，在Zn-NMF电解质中的锌金属负极呈现出更强的可逆性、高CE、在2.0 mA cm^-2/2.0 mAh cm^-2条件下超稳定的循环（约为2000小时）以及10.0 mAh cm^-2的最大面负载，同时没有任何析氢反应（HER）。

图2. 深度沉积-剥离行为研究

在实际应用中，锌电极和层状二氧化锰正极（NMO）被结合起来形成了一个基于非水电解液的电池，其中Zn-NMF电解液促进了Zn²⁺离子在NMO正极的（脱）插层，电流密度高达0.5 A g^-1。同时，层间掺杂的Ni²⁺离子和水晶水的支柱效应提升了二氧化锰的反应动力学、离子迁移率、电子传导性和结构稳定性。

此外，通过原位表征技术，在Zn-NMF电解液中见证了Zn²⁺在NMO宿主中的可逆插入/提取，而没有明显的H⁺参与。这种溶剂系统与NMO正极一起赋予了RZB稳定的电化学循环性能，同时也具有很好的安全性。在该工作中，多价水和非水电池的各种挑战已经得到有效解决，这将为RZB的实际开发和现实应用提供一个途径。

图3. Zn||NMO全电池性能

High-Current Capable and Non-Flammable Protic Organic Electrolyte for Rechargeable Zn Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202302174

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