城大支春义Nat. Commun: 突破锌离子电池发展瓶颈：膦酰基乙醇酸添加剂的卓越成效

文章总结

锌离子电池在未来储能领域已展现出巨大的潜力，然而，其存在的诸如枝晶生长、析氢反应以及局部沉积等缺点，严重阻碍了它们在实际应用中的发展。在此，与精细的结构设计和电解质研发不同，我们引入了一种有效的百万分比（ppm）级别的电解质添加剂 —— 膦酰基乙醇酸（PPGA），以克服在弱酸性水系电解质中锌负极的固有问题。得益于 PPGA 在锌表面的吸附作用，以及它与相邻水分子的氢键之间的有益相互作用，在约 25 ℃的 ZnSO₄水系电解质中实现了稳定的对称锌剥离 / 电镀过程，分别在电流密度为 1 mA/cm²、面容量为 1 mAh/cm² 以及电流密度为 10 mA/cm²、面容量为 1 mAh/cm² 的条件下，能够持续运行 362 天和 350 天。作为一个概念验证，一个安时（Ah）级别的 Zn||Zn₀.₂₅V₂O₅・nH₂O 软包电池检验了 PPGA 的有效性，并且在 0.2 A/g 的电流密度和约 25 ℃的条件下，能够持续循环 250 次而没有容量损失。Zn||Br₂液流电池在电流密度为 40 mA/cm²、面容量为 20 mAh/cm² 的条件下能够运行超过 800 h，平均库仑效率达到 98%，这归因于抑制了枝晶生长和副反应。这项工作有望为电解质添加剂工程的研究开辟新的途径。

图文简介

膦酰基乙醇酸（PPGA）在硫酸锌（ZnSO₄）电解质中的动力学特性

膦酰基乙醇酸（PPGA）在锌表面的工作原理

锌电极的可逆性

锌 || 溴（Zn||Br₂）氧化还原液流电池

论文信息

通讯作者：Chunyi Zhi