可充电锌电池(RZB)因其多重优势而被认为是下一代电化学设备的有力竞争者。然而，传统的水性电解质可能会通过快速的容量衰减和较差的库仑效率(CE)对长期电池循环造成严重危害，这是由于水性系统中复杂的反应动力学而发生的。

近日，新疆大学Jiulin Wang探索了一种新型非水电解质系统，该系统使用不可燃、两性和质子有机溶剂N-甲基甲酰胺(NMF)与三氟甲磺酸锌(Zn-NMF)结合。

文章要点

1）NMF因其高闪点(111°C)和高介电常数(186.9)而成为极具吸引力的候选材料，因此在典型的有机溶剂基电解质中较低的离子电导率和易燃性问题已得到解决。此外，ZnNMF电解质中的锌金属负极具有增强的可逆性、高CE、在2.0 mA cm^-2/2.0 mAh cm^-2下约2000小时的超稳定循环寿命以及10.0 mAh cm^-2的最大面积负载,没有任何析氢反应(HER)。

2）通过扫描电子显微镜(SEM)获得的锌沉积物的形态，揭示了高度致密且无枝晶的结构，以及由于Zn(NMF)₄²⁺络合而导致的引导沉积。因此，这种溶剂作为RZB电解质是解决水性和有机溶剂基电解质问题的合适方法，尤其是它们较差的电流能力。

3）对于电池应用，Zn阳极与新设计的水钠锰矿MnO₂、Ni_0.31MnO₂·0.4H₂O(NMO)结合使用，它具有预嵌入的Ni²⁺离子和结晶水，以稳定其隧道并扩大其层间距(d)以实现更快的动力学并避免相变。Zn-NMF电解液中的Zn||NMO电池在不同电流密度下表现出高倍率性能、优异的CE和容量保持率。

4）此外，通过异位表征技术评估了Zn||NMO电池的结构变化、储能机制和动力学，以清楚地说明有机电解质中的电化学现象。这种有机电解质和层状正极的实质性作用和综合效应有效地解决了锌负极在商业应用和高性能锌电池开发中的固有缺陷。

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Bareera Raza, et al, High-Current Capable and Non-Flammable Protic Organic Electrolyte for Rechargeable Zn Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202302174

DOI: 10.1002/anie.202302174

https://doi.org/10.1002/anie.202302174