晋升教授，中科大任晓迪，最新Nature子刊：效率高达99.7%

第一作者：Qingshun Nian

通讯作者：任晓迪

通讯单位：中国科学技术大学

论文速览

不可控的锌沉积和析氢极大地破坏了锌阳极的可逆性。之前的电解质设计集中于抑制H2O反应性，然而，在电池日历老化和循环过程中碱性副产物的积累仍然会恶化电池性能。本论文针对可充水系锌电池（RAZBs）中锌阳极的可逆性问题，提出了一种新的策略。研究团队通过在传统水系电解液中加入强Brønsted酸—双（三氟甲烷磺酰）亚胺（HTFSI）作为添加剂，成功地改善了锌阳极的界面化学，抑制了锌的持续腐蚀反应，并促进了均匀的锌沉积。

这种富含疏水性TFSI-阴离子的电解液在锌|电解液界面创造了一个贫水微环境，从而抑制了锌的腐蚀反应，并诱导形成了富含ZnS的界面。这种高酸性电解液展示了高达99.7%的锌沉积/剥离库仑效率，并在1 mA cm–2的电流密度下表现出卓越的稳定性。此外，Zn || ZnV6O9全电池在2000个循环后展示了76.8%的高容量保持率。

图文导读

图1：锌表面反应机理图。

图2：通过分子结构图、静电势图、pH监测、SEM和EDS元素分布，HTFSI添加剂对锌金属自腐蚀反应的影响，以及对电解液pH、电极表面产物和锌沉积的影响。

图3：不同电解液中锌沉积/剥离的电化学稳定性测试结果。

图4：阳极和阴极的表征。

图5：Zn || ZVO全电池在不同电解液中的电化学性能。

图6：1 m ZnSO4 + 0.1 m HTFSI电解液中锌-电解质界面的界面研究。

总结展望

本研究成功地通过在电解液中加入强Brønsted酸HTFSI，显著提高了锌金属阳极的可逆性和稳定性。通过创建一个疏水的界面环境和富含ZnS的保护层，有效地抑制了锌的腐蚀反应和不均匀沉积。

这项工作不仅为提高RAZBs性能提供了新的策略，也为其他金属阳极的稳定性改进提供了有价值的见解。未来的研究可以进一步探索类似的策略，以实现更高效、更稳定的能源存储系统。

文献信息

标题：Highly reversible zinc metal anode enabled by strong Brønsted acid and hydrophobic interfacial chemistry

期刊：Nature CommunicationsDOI：10.1038/s41467-024-48444-5