清华深研院杨诚AEM：多功能阳离子添加剂实现高可逆锌金属负极

水系锌金属电池因其低成本、高安全性和环境友好性等优点而受到广泛关注。然而，锌金属负极上的严重副反应（即枝晶生长和副产物形成）极大地限制了它们的进一步发展。

清华大学深圳国际研究生院杨诚等通过引入双功能电解液添加剂（铵阳离子基盐）来解决关键问题，以实现长期和高度可逆的镀锌/剥离。

图1 ZnCl₂基电解液中双功能TMA阳离子的示意图

这里选择季铵（三乙基甲基铵，TMA）阳离子作为稀释ZnCl₂和ZnSO₄电解液中的电解液添加剂。具体而言，在沉积过程中，TMA阳离子不仅可以吸附在锌金属表面上通过静电排斥抑制局部锌的积累，从而使锌沉积均匀，而且可以通过参与接触离子对(CIP)的构成，利用强空间位阻效应，将水分子从锌离子的溶剂化结构中排出，从而抑制水致副反应。

图2 Zn||Zn对称电池性能

基于TMA阳离子的双重功能，Zn||Zn对称电池在1 mA cm^-2的电流密度下稳定循环超过2145小时，过电位仅为20 mV，在5 mA cm^-2的电流密度下稳定循环超过500小时。Zn||Ti半电池稳定运行超过750次循环，库伦效率（CE）保持在97.7%以上。

此外，Zn||MnO₂电池和Zn||AC电容器的电化学可逆性得到有效提高。上述结果证实，TMA阳离子的引入成功地实现了在稀水系电解液中高度可逆的锌金属负极。这种阳离子添加剂为先进水系金属电池的未来发展提供了一种有前途的方法。

图3 Zn||MnO₂全电池在ZnSO₄基电解液中的电化学性能

A Versatile Cation Additive Enabled Highly Reversible Zinc Metal Anode. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102780

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清华深研院杨诚AEM：多功能阳离子添加剂实现高可逆锌金属负极

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