周恒辉/葛广路/江鹏EnSM: 电解液加点聚天冬氨酸，抑制Zn枝晶/副反应!

金属锌一直被认为是水系电池最有前途的金属负极之一，但它在循环过程中仍然存在枝晶生长和严重的副反应。迄今为止，已经开发了各种添加剂来实现锌的均匀沉积，但未能从根本上克服金属锌沉积的内在脆弱形态。

在此，北京大学周恒辉研究员及国家纳米科学中心葛广路研究员、江鹏研究员等人报道将聚天冬氨酸 (PASP) 用作环境友好的双功能调节剂，以抑制Zn枝晶生长及水系电解液中的严重副反应。一方面，PASP的加入不仅可以通过调节其表面能来改变Zn沉积物的微观形貌（从大的、易碎的和松散堆积的片状枝晶调整为均匀分布的球形颗粒），而且可以促进Zn²⁺在Zn负极表面周围的均匀分布。

结果，超细金属锌颗粒在PASP的保护下均匀地沉积在负极表面。另一方面， PASP 在与H₂O的竞争吸附中占优势，因此PASP 吸附在Zn表面可以有效地保护新沉积的Zn免受副反应的干扰。

图1. PASP添加剂对锌电镀/剥离过程的影响

验证实验表明，含PASP的对称Zn电池可以在0.5 mA cm^-2的电流密度下稳定循环超过3200小时，在1 mA cm^-2下可以稳定循环2600小时。即使在 20 mA cm^-2的超高电流密度下，该对称电池仍可循环2000次以上。此外，锌金属负极还可以保持高可逆的锌电镀/剥离，在0.5、1 和 5 mA cm^-2下的库伦效率（CE）均超过99%。

此外，PASP添加剂还可以显著提高Zn || V₂O₅全电池的电化学性能（在10 A g^-1的电流密度下2500次循环中保持接100%的CE）。因此，使用PASP作为电解液添加剂是实现未来水系可充电锌电池实际应用的可行途径。

图2. 含PASP添加剂的对称电池和Zn || V₂O₅全电池性能

Toward Stable Zinc Aqueous Rechargeable Batteries by Anode Morphology Modulation via Polyaspartic Acid Additive, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.028

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