AFM: 双功能添加剂诱导的可逆水系锌金属电池自组装保护层

锌金属水系电池（AZMB）因其成本低、安全性高的优点而受到广泛关注。然而，枝晶生长、析氢反应和其他副反应等挑战阻碍了锌阳极的性能。本文提出将4-氨基苯磺酸（ABSA）作为ZnSO4电解液的添加剂，以改善AZMB的性能。结合理论计算和实验结果分析，ABSA在构建吸附层方面起着关键作用，有利于随后形成稳定的富硫固电解质界面（SEI）。因此，SEI层调节了Zn2+电沉积/溶解的路径，并有效地阻止了枝晶的有害生长和不必要的副反应。因此，Zn||Zn电池在 1 mAh cm-2/1 mA cm-2 下可稳定循环 2500 小时，在10 mAh cm-2/10 mA cm-2 下可稳定循环1000 小时以上。值得注意的是，Zn||VO2的袋式电池在循环100 次后可获得151 mAh g-1 的比容量。这项研究从AZMB和其他金属离子电池的界面保护前景出发，为设计先进的电解质提供了新的视角。

图文简介

a )拉曼光谱。b ) FTIR光谱，c )所制备的电解质的FTIR光谱的相应局部区域，其中ZS为ZnSO4。d )从MD模拟中获得ZnSO4-ABSA体系的3D快照，部分放大的快照代表Zn2+溶剂化结构。e )具有0.1 m ABSA电解质溶剂化结构的Zn2+-O (H2O)的RDFs。f ) H2O的ESP，ABSA。g )吸附在Zn( 002 )表面的─SO3H基团或─NH2基团的ABSA的吸附能，ABSA铺设在Zn( 002 )表面和Zn( 002 )-H2O，从DFT计算中获得。

对应的SEM照片显示了Zn||Cu电池在10 mA cm -2下1 h的形貌a，b )在1 m ZnSO4和c，d ) 0.1 m ABSA电解液中。在0.1 m ABSA电解液中循环100 h后，Zn负极上的e ) C 1s，f ) S 2p和g ) N 1s的XPS光谱。刻蚀时间分别为0，60，120，180和300 s。h ) ABSA在Zn阳极上吸附过程的AIMD。j )电解质/金属界面反应的示意图。

a )不同电解液体系Zn||Cu电池的库伦效率( CE )测量和b )不同循环下的库伦效率。c ) 1 m ZnSO4和0.1 m ABSA电解液的LSV曲线。d ) 0.1 m ABSA和1 m ZnSO4电解液在1 mA cm-2/ 1 mAh cm -2和e )在10 mA cm-2 / 10 mAh cm-2下的恒电流循环。所有面板中的ZS表示ZnSO4。

a ) VO2电极的XRD图谱；B ) Zn||0.1 m ABSA||VO2电池在0.2 ~ 1.4 V之间的CV曲线；扫描速率：0.1 mV s-1；c ) 0.1 ~ 2 A g -1不同电流密度下的倍率性能；d )不同循环次数的GCD曲线；e ) 1 m ZnSO4和0.1 m ABSA电解液分别在0.1和2 A g -1电流密度下的循环稳定性对比；f，g ) 0.1 m ABSA电解液的软包电池循环性能；h )软包电池在平整、折叠和切割条件下供电。面板( c )、( d )、( e )中的ZS表示ZnSO4。

论文信息

通讯作者： Huan Wang, Xiaobin Liao, Yan Zhao