固體所在水係鋅離子電池電解液研究方麵取得新進展

近期 ，中科院合肥物質院固體所能源材料與器件製造研究部胡林華研究員團隊在水係鋅離子電池電解液研究方麵取得新進展 ，通過在水係鋅鹽電解液中引入絲氨酸陽離子（Ser+， C3H8NO3） ，實現鋅（100）麵擇優取向生長 ，有效抑製了鋅枝晶生長 ，極大提升了電池充放電可逆性和循環穩定性能 。相關成果發表在國際期刊Advanced Energy Materials上 。

水係鋅離子電池（AZIBs）因其高的安全性 、可靠性 、環境友好性和成本效益而引起了廣泛的關注 。然而 ，鋅枝晶生長會引起較差的可逆性 ，嚴重時會引發電池短路 ，是水係鋅離子電池商業化進程的主要障礙 。鋅(100)麵具有較高的表麵能 ，鋅負極的成核和沉積易沿[100]方向進行 ，但較高的反應活性會誘發副反應 ，損害鋅陽極的可逆性和電池的循環穩定性能 。因此 ，抑製鋅[100]方向生長可以有效地緩解枝晶生長和副反應的問題 。

研究人員構建了一種采用絲氨酸（Ser）作為界麵結構調節劑的（100）麵終止策略 。通過絲氨酸陽離子的吸附調節 ，誘導Zn(100)織構生長並抑製副反應發生 。在5 mA cm-1和5 mAh cm-1的電鍍/剝離循環下 ，使用改性電解質的Zn//Cu電池達到99.8%的平均庫倫效率 ，Zn//Zn對稱電池表現出800小時以上的循環穩定性能 。Zn//V2O5扣式電池展現出345.1 mAh g-1的高放電容量 ，並且在5 A g-1下循環2000次後仍保持255.4 mAh g-1 。組裝的軟包電池也具備良好的穩定性 ，顯示了Ser/ZnSO4電解液的實際應用潛力 。

該研究通過吸附絲氨酸離子對鋅離子在（100）表麵遷移行為的調控，為分子水平上實現鋅陽極優勢織構提供了一種有前景的策略 ，並有望應用於其他穩定性和可逆性差的金屬陽極 。

上述研究得到了合肥物質院院長基金的支持 。

論文鏈接 ：

圖1. 添加（左）和不添加（右）絲氨酸的鋅沉積行為示意圖 。

圖2. (a) 10 mA cm-2下 ，Zn在Ser/ZnSO4電解質中沉積的SEM形貌演變圖 ，比例尺 ：20 μm ；(b) 10 mA cm-2下 ，在純ZnSO4(上圖)和Ser/ZnSO4(下圖)電解質中沉積的Zn SEM形貌演化圖像 ，比例尺 ：100 µm ；(c) Zn電極沉積0 、15 、30 、45 、60 min後的原位光學顯微鏡圖像（上方為ZnSO4電解液中 ，下方為Ser/ZnSO4電解質中沉積） ；(d) 10 mA cm-2下 ，鋅在純ZnSO4(右)和Ser/ZnSO4(左)中沉積不同時間的XRD圖 ；(e-d)圖中(100)和(002)麵之間的強度比 ；(f) Ser+吸附在Zn(002) 、(100) 、(101)表麵的圖示及其相應吸附能 ；(g) Ser+吸附在Zn晶麵後 ，Zn離子在不同晶麵上的吸附能 。