中山大学 AM: 微量的小分子/纳米胶体多尺度电解质添加剂可以实现锌金属负极的超长寿命

电解质添加剂可有效改善水性锌离子电池（AZIB）的性能，但目前的电解质添加剂仅限于完全水溶性添加剂（FWA）和水不溶性添加剂（WIA）。本文将微量水溶性添加剂(SWAs)乙酰丙酮锌(ZAA)引入到水系ZnSO4电解质中。ZAA的SWA体系由FWA部分和WIA部分以动态溶解平衡的方式组成。FWA部分以可溶性小分子形式存在，可有效调节Zn2+离子的溶剂化结构，而WIA部分则以不溶性纳米胶体形式存在，可在锌金属阳极（ZMA）上原位形成一层厚而坚固的固体电解质界面膜。这种小分子/纳米胶体多尺度ZAA电解质添加剂不仅能提高离子电导率和传输数，还能抑制ZMAs上的腐蚀、析氢和锌枝晶。基于SWA的Zn∥Zn半电池在1 mAh cm-2和20 mA cm-2条件下可实现15 Ah cm-2的超高累积电镀容量，基于SWA的NH4V4O10∥Zn袋状电池在4 A g-1条件下循环4000 次可获得67.8%的容量保持率。该研究为合理设计电解质添加剂提供了创新性见解，为AZIBs的实用化铺平了道路。

图文简介

a ) ZnSO4和b ) AZ电解质的MD模拟图。c ) Zn2+-O ( H2O )在ZnSO4和AZ电解质中的径向分布函数。d ) ZAA-O，AA，ZAA和H2O在Zn ( 002 )表面的吸附能。e ) ZnSO4，FWA和SWA体系中Zn电镀/剥离行为的示意图。

a )ZnSO4、AZ1.0、AZ2.8、AZ5.6和AZ7.0电解质的数码照片。下排用绿光激光器照明。b ) AZ2.8，c ) AZ5.6和d ) AZ7.0电解质的TEM图像。插图是通过分析100多个颗粒得到的相应的尺寸分布。e ) ZnSO4，AZ1.0，AZ2.8，AZ5.6和AZ7.0电解质和H2O/D2O的FT-IR，f ) Raman和g ) 1H NMR谱。在ZnSO4或AZ电解质中的Zn||Zn对称电池在h ) 20 mAh cm -2和20 mA cm -2下的循环测试，i ) 5 mAh cm -2和5 mA cm -2下的循环测试。j )在ZnSO4或AZ电解质中的Zn||Ti非对称电池在1 mAh cm-2和3 mA cm -2下的库仑效率。

a ) ZMAs循环50 次的XRD图谱；b ) ZMAs在5 m Ah cm - 2和1 m A cm -2下循环5 次的FT-IR图谱；c ) ZMAs在ZnSO4、AZ1.0或AZ5.6电解液中的EDL测试。ZMAs在d )ZnSO4，e ) AZ1.0或f ) AZ5.6电解液中循环5 次后的SEM图像。在AZ5.6电解液中循环ZMAs，Ar+刻蚀0，10，30，40和80 s后，高分辨率的g ) Zn 2p，h ) C 1s，i ) O 1s和j ) S 2p光谱的深度分布。

以ZnSO4，AZ1.0或AZ5.6为电解液的NVO||Zn扣式全电池的电化学测试：a )扫描速度为0.1 mV s-1时的CV曲线；B )在0.5 A g -1下的恒电流充放电曲线；C )在0.2，0.5，1，2，5和8 A g -1下的倍率性能；D ) 3 A g -1下的循环性能。e )以ZnSO4，AZ1.0或AZ5.6为电解液的NVO||Zn软包电池在4 A g -1下的循环性能。

论文信息

通讯作者： Juezhi Yu, Lin Gu, Sheng Liu