广工大/厦大/哈工大AFM：长寿命水系锌金属电池的双电层重建

水系可充锌金属电池（AZMBs）由于其固有的高容积容量和低成本而引起了广泛的关注。然而，不稳定的锌/电解液界面会造成锌枝晶的生长和副反应，从而导致库伦效率低下和寿命不理想。

广东工业大学李成超、厦门大学赵金保、杨阳、哈尔滨工业大学何伟东等设计了一种SiO₂增强的海藻酸钠（SA）混合薄膜，以调节Zn电极附近电双层（EDL）中所有物种的固液交互能量和空间分布。

图1. 分子动力学模拟

研究显示，坚固而有弹性的有机/无机混合膜提供了足够的机械刚度来抑制Zn枝晶的生长。

由SA产生的高静电排斥力使SiO₂-SA薄膜能够作为一个适当的屏蔽层，防止SO₄^2-阴离子渗透到EDL。通过氢键的相互作用，自由水也被大大减少。

此外，EDL中丰富的羧基有利于调节溶剂化的Zn2+的配位环境，从而最大限度地减少脱溶剂化势能。

图2. 锌离子通量的COMSOL模拟和原位可视化

受益于上述优势，Zn@SiO₂-SA电极在极端条件下展现了出色的循环稳定性（例如，在20 mA cm^-2条件下具有2350小时的长寿命）。

此外，值得注意的是，高负载的V₂O₅//Zn@SiO₂-SA锌金属全电池实现了2.05 mAh cm^-2的高面积容量，每循环的平均容量衰减率只有0.0079%。

考虑到制备方法的简单性和可扩展性，预计EDL配置策略将为开发实用的AZMB提供新的机会。

图3. Zn@SiO₂-SA电极的电化学性能

Reconstruction of Electric Double Layer for Long-Life Aqueous Zinc Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202212446

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