​东北师大EnSM：质子驱动锌负极可逆性研究

因锌金属负极（ZMA）具有高理论容量（5855 mAh/cm³ 和820 mAh/g）、低氧化还原电位（与标准氢电极相比为-0.76 V）、无毒性、资源丰富以及成本低等优点，水系锌离子电池（AZIBs）在电网规模的储能应用中具有广阔的前景。然而，锌枝晶的形成和H2O诱发的副反应对AZIBs的安全性构成了巨大威胁，并显著限制了其进一步的发展。

在此，东北师范吴兴隆、张景萍、李文亮、谢丹等人将3-（环己胺）-1-丙磺酸（CAPS）两性离子作为一种多功能添加剂引入到2 M ZnSO4 电解质中，以同时调节锌负极和正极的界面化学以及Zn2+的溶剂化结构，从而改善两个电极的界面和结构稳定性。

CAPS两性离子在ZMA表面的优先吸附有利于构建一个由阳离子基团（>NH2+）的静电屏蔽效应产生的阳离子保护层（CPL），从而抑制枝晶的生长。同时，CAPS两性离子可以通过形成共轭酸碱对来自我调节双边界面的pH值，抑制析氢反应和锌负极表面的腐蚀。此外，CAPS两性离子改变了Zn2+的溶剂化结构，削弱了H2O分子的反应活性，减少了钒元素从正极材料中的溶解。因此，在ZnSO4+CAPS电解质中，Zn||Zn对称电池获得了出色的循环稳定性（1 mA cm-2, 1 mAh cm-2, 2300 h），Zn||Cu不对称电池循环1600次后平均库仑效率高达99.7%。

图1.界面表征

总之，该工作将CAPS 两性离子充当电解质添加剂，用于抑制枝晶生长、副反应和正极材料的溶解。结果表明， CAPS两性离子可以优先吸附在ZMA表面形成CPL，均匀化Zn2+沉积进而抑制Zn枝晶生长。同时，CAPS两性离子/质子化可以通过接受/释放H+维持ZMA和正极表面的酸碱平衡，从而有效抑制HER的发生和副产物的形成。 此外，CAPS两性离子还可以通过-SO3−基团和Zn2+之间的强相互作用改变初级Zn2+溶剂化鞘，进一步限制副反应。因此，CAPS两性离子的引入使得Zn||Zn对称电池、Zn||Cu 不对称电池以及Zn||Od-NH4V4O10 和 Zn||MnO2 全电池均表现出优异的电池性能。因此，该工作从调控界面化学和电解质溶剂化结构的角度为实用AZIB的实现提供了有意义的指导。

图2. 电池性能

Proton-Driven Bilateral Interfacial Chemistry and Electrolyte Structure Reconstruction Enable Highly Reversible Zinc Metal Anodes, Energy Storage Materials 2024 DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103497