福建师大ACS Nano：自适应电离诱导可调谐双电层适用于宽pH和温度范围锌金属电池

金属锌在水性电解液中剧烈的副反应导致界面局部pH值剧烈波动，加速锌负极击穿；因此，开发适应宽pH范围的优化策略对于改进水系锌金属电池尤为关键。

在此，福建师范大学曾令兴、陈庆华，Xiong Peixun等人报道了一种由甘氨酸(Gly)添加剂调谐的ph自适应电双层(EDL)，它在宽ph水溶液中表现出优异的稳定锌负极的能力。研究发现，无论是在弱酸性电解质还是碱性电解质中，Gly离子EDL能促进载流子的定向迁移，从而成功地抑制了局部饱和。

结果表明，未发生二聚反应的Gly添加剂可以在IHP内进行有序而密集的垂直吸附，有效降低Zn²⁺的EDL排斥力，并将H₂O从负极表面隔离。因此，具有可调EDL的锌负极在较宽的pH值和温度范围内均表现出优异的电化学性能，在ZnSO₄-Gly电解质的锌对称电池中，其循环可逆性可达7000 h，在KOH-Gly电解质的锌对称电池中，其寿命延长了50倍。

图1. 作用机制

总之，该工作发现Gly添加剂可以适应较宽的pH环境进行电离，从而调节不同电解质中Zn电极表面的EDL。在低pH电解液(ZnSO₄, pH ~ 4)中，Gly可以降低EDL排斥，并与水分子竞争Zn²⁺溶剂化。在高pH (KOH, pH ~ 14)电解液中，含Gly的EDL有利于[Zn(OH)₄]^2-的吸附，阻碍其再扩散，从而有效抑制了[Zn(OH)₄]^2-的不可逆溶解。

结果表明，采用ZnSO₄-Gly电解液制备的Zn||锌对称电池，在1mA cm^-2下可逆镀/剥出时间可达7000 h，在4 mA cm^-2下可逆溶出时间可达5000 h，锌负极(~ 20 μm厚度)利用率高达93%，KOH-Gly电解液中的锌负极也表现出良好的电化学性能。

更重要的是，通过对高DOD、低N/P、锌粉负极软包电池、碱性高压全电池等接近实际应用场景的不同器件进行组装和性能测试，全面验证了Gly提升AZMBs实用性的能力。因此，该工作为设计与实际多应用场景相兼容的AZMBs电解质添加剂提供了研究思路。

图2. 电池性能

Adaptive Ionization-Induced Tunable Electric Double Layer for Practical Zn Metal Batteries over Wide pH and Temperature Ranges， ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09774