AEM: 用于实现可逆稳定锌负极的防腐疏水界面

水腐蚀和枝晶生长严重破坏了电解液/负极界面处的镀锌/剥离过程，导致水系锌电池（AZBs）的锌金属负极不稳定，造成这些问题的根本原因在于锌沉积过程中电解液和电极界面处的扩散层和亥姆霍兹层的电极反应。

在此，湖北大学王浩教授、桃李副教授及昆明理工大学崔健等人筛选了三种具有相同亲水基团但不同疏水基团的季铵阳离子表面活性剂，即苄基二甲基十二烷基氯化铵（DDBAC，DDBA⁺阳离子），十二烷基三甲基氯化铵（DTAC，DTA⁺阳离子）和苄基三甲基氯化铵（TMBAC，TMBA⁺阳离子）作为ZnSO₄电解液（2ZSO）添加剂，研究疏水基团形成的疏水界面的阳离子界面吸附行为。

实验结果表明，季铵阳离子中的疏水基团是锌离子沉积动力学过程和锌负极寿命的决定因素。其中，具有十二烷基和苄基的DDBAC形成的块状胶束对锌离子的传输和沉积造成很大阻碍。仅具有十二烷基主要疏水基团的DTAC导致镀锌的极化过电位或电压滞后较高，CE较低（<99％），而具有一个主要苄基基团的TMBAC可以抑制副反应并调节锌的均匀沉积。

图1. 原位光学显微镜观察不同电解液中锌箔上的锌沉积

此外，无论是纽扣电池还是软包电池，额外添加0.5 g L^-1的TMBAC都可以获得超长的电池寿命和几乎100%的CE。最后，通过实验分析和DFT计算详细探讨了TMBAC的作用机理。当TMBAC加入到2ZSO中时，带正电荷的亲水基团在亥姆霍兹平面内，疏水基团朝向该平面外，导致在锌负极表面附近形成TMBA⁺吸附层。

该吸附层可为锌离子的均匀沉积提供多个通道，并阻止游离水侵入亥姆霍兹平面，从而大大减少了HER副反应的发生和副产物ZHS的产生。因此，TMBAC的添加有效地抑制了水腐蚀，同时提高了锌的循环寿命。因此，苄基是三种疏水基团不同的季铵盐表面活性剂中选择AZBs添加剂的最佳选择，必将提高锌负极的活性和AZBs的长期寿命和性能。

图2. DFT计算探讨TMBAC的作用机理

Anti-Corrosion for Reversible Zinc Anode via a Hydrophobic Interface in Aqueous Zinc Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103557

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