四川师大、电子科大、哈工大、香港理工、东北师大联合发表《afm》！|正极|负极|afm|电化学|电解质|电解液-欧洲杯足彩官网

近年来，安全清洁储能在可再生能源电气自动化和能源基础设施建设中的重要性显著提高，从而带动了各种可充电电池的发展。在各种水性电池中，zib因其高离子电导率、高安全性、低氧化还原电位（-0.76 v vs. she）、高理论比容量（820 mah g-1 和 5851 mah cm-3）和丰富的资源储备而受到广泛青睐。尽管 zibs 在负极涂层材料、电解质工程和正极材料等方面取得了长足的进步，但遗憾的是，zibs在实际生活中的应用仍受到严重限制，如电化学窗口狭窄、zn 金属负极上形成树枝状物和副产物、正极材料结构崩溃和溶解等。可充电水性锌离子电池（zib）受到正极溶解和负极腐蚀/枝晶的威胁，导致可逆性差。

来自四川师范大学、电子科技大学、哈尔滨工业大学、香港理工大学和东北师范大学的学者开发了一种多功能电解质，通过引入低成本的二甘醇单甲醚（dgme）来调节正极、负极界面和溶解。dgme 可以调节水合 zn2 的主溶解鞘 (pss)，破坏水的原始氢键网络，同时通过 dgme 的吸附重建电双层 (edl) 界面，引导 zn2 在 (002) 晶面上均匀沉积。同时，dgme 还能有效抑制 vo2 的溶解，并增强反应动力学。作为概念验证，zn//cu 电池可循环使用 2000 次，库仑效率（ce）超高，达到 99.6%。此外，多功能电解质还显著提高了 zn/vo2 全电池的多重性能。这种低成本、多功能的电解液可随时应用于 zib，证明了它的实用多样性。相关工作以题为“multifunctional electrolyte toward long-life zinc-ion batteries: synchronous regulation of solvation, cathode and anode interfaces”的研究性文章发表在advanced functional materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202311961

图 1. 溶解结构表征。a) 多功能添加剂的多功能机理图；b) 不同 dgme 体积比的混合电解质的傅立叶变换红外光谱；c) 2h nmr 光谱；d) zn─h2o、zn-dgme 和 dgme-h2o 的结合能及相应结构；e) [zn(h2o)6]2 和 [zn(h2o)4dgme]2 分子的静电位图；f, g) 通过 md 模拟得到的znso4─h2o 和 znso4-dgme的三维图像以及相应的锌离子溶解结构；h, i) 在 znso4─h2o和 znso4-dgme 的 md 模拟中收集到的 zn2 -o 的 rdf 和配位数。

图 2. dgme 吸附行为的特征。a) 不同电解质中浸泡的 zn 箔的傅立叶变换红外光谱和 b、c) xps；d) 不同浓度 dgme 的接触角测试；e) znso4 和 znso4/dgme 电解质中的 edl 测试；f) 不同电解质中的阿伦尼乌斯曲线和活化能；g) h2o、dgme 分子在 zn (002) 平面上的吸附能；h) h2o（左）和 dgme（右）分子的 lumo、homo等离子表面。

图 3. a) zn 沉积过程的原位光学显微照片；在 (b1) znso4 和 (b2) znso4/dgme电解液中浸泡 5 d 后的表面扫描电镜图像和元素图谱；c) zn 负极在不同电解液中循环不同周期的扫描电镜图像和 d) xrd 图谱；e-j) zn 平面的 hrtem 图像和 saed 图样；h) 不同溶液中的无量纲 i2/ im2 - t tm-1图；i) 不同电解质中 zn 负极的 cv 曲线、j) lsv 曲线、k) ca 曲线和 l) tafel 腐蚀曲线。

图 4. a) 在 1 ma cm-2 条件下，不同电解质的 zn//cu 电池的 ce 曲线和b) 相应的电压曲线；c) zn//cu 电池的性能对比；d)不同电解质的 zn||zn 对称电池的循环性能；e) 不同电解质的 zn||zn 对称电池的速率性能；f) 添加 dgme 前后的 zn2 沉积机理示意图。

图 5. 采用不同电解质的 zn/vo2全电池的电化学性能。a) zibs 全电池装置示意图；b) zn//vo2 全电池在 5 a g-1 下的循环稳定性和 c) gcd 曲线；d) 速率性能和e) 相应的放电电压平台；f) znso4/dgme 电解质中的自放电曲线；g) 本研究中的全电池性能与之前报道的 zibs 的比较；h) 装置显示。

图 6. 正电极机理研究。a) 各种电解质与正极的接触角；b) 第一个循环的电压曲线和正极的 xrd 图谱；c) zn 2p、d) o 1s 和 e) v 2p 在第一个循环不同状态下的 xps光谱。

总之，研究证明，引入经济可靠的 dgme 能够有效抑制副反应、枝晶形成和正极溶解，从而提高 zib 的电化学性能。光谱、电化学分析和 md 模拟共同证明了 dgme 分子可以同时改善正极、负极和电解质。首先，dgme 可以进入 zn2 的主溶解鞘，减少活性水分子的数量。其次，dgme 分子被吸附到负极表面，从而控制了锌负极上 edl 的厚度，调节了界面化学性质，并引导了沿 (002) 平面的沉积。最后，dgme 分子在抑制正极材料溶解和增强反应动力学方面表现出了显著的能力。因此，zn||zn 对称电池可循环使用超过 2500 小时（在 1 ma cm-2 和 1 mah cm-2条件下），而 zn||cu 半电池在循环使用 2000 次后仍能保持 99.6% 的高 ce 值。zn//vo2全电池在 500 次循环后达到了 192 mah g-1的高比容量。这种具有成本效益且用途广泛的策略可在各种溶剂中轻松实现，展示了其实用的适应性（文：ssc）

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