韩炜/陈铎EES：从溶剂化结构的吸附行为角度理解锌化学

尽管基于硫酸盐和磺酸盐的电解液已被广泛用于水系锌离子电池（AZIBs），但在这两个系统中观察到阳离子界面化学的法拉第反应动力学的差异，包括Mn²⁺氧化还原反应和Zn沉积，其机制尚不清楚。

图1 2S+0.1和2F+0.1电解液中锌-锰电池与电极无关的容量波动情况

吉林大学韩炜、南京航空航天大学陈铎等通过关注电解液的溶剂化结构，构建了一个特定的吸附模型，其涉及阴离子、阳离子和水分子在电极/电解质界面的共存。不同于传统的对孤立吸附颗粒的研究，这种特定的吸附模型能够合理地解释具有不同溶剂化结构的阳离子在电极/电解质界面（EEI）上的反应差异。

具体来说，由于活性溶剂化的Mn²⁺在内亥姆霍兹平面附近的吸附更加强烈，Mn物种的沉积反应在硫酸盐型电解液中得到了加强，与磺酸盐型电解液相比，导致了更强的容量增加和波动性。

图2 忽略或考虑溶剂化结构的法拉第式沉积过程示意图

同样，在硫酸盐基电解液中，Zn²⁺的沉积动力学更快，这可以归因于其在EEI的强吸附行为。此外，作为对所提出的模型的验证，作者提出了一种硫酸盐/磺酸盐混合电解液系统，其中在EEI的优化吸附行为使其在锌-锰水系电池的容量和循环稳定性方面都有协同改善。这项工作为从溶剂化结构的吸附行为角度理解各种水系电解液体系的界面电化学提供了理论依据。

图3 以特定吸附模型为指导重新设计电极行为

Reunderstanding Aqueous Zn Electrochemistry from Interfacial Specific Adsorption of Solvation Structures. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee00658a

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韩炜/陈铎EES：从溶剂化结构的吸附行为角度理解锌化学

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