锌金属作为水系电池有前途的负极材料,存在严重的锌枝晶、阴离子相关的副反应、氢析出反应(HER)和窄的电化学稳定窗口(ESW)。
近日,南开大学陶占良教授,Kai Zhang设计了一种由Zn(ClO4)2·6H2O、β-环糊精(β-CD)和H2O(质量比为7:4.5:3)(ACDE-3)组成的“胶体阴离子”水合深共晶电解质,以提高锌负极的稳定性。
文章要点
1)ACDE-3重新配置了氢键(HB)网络并调节溶剂化壳。更重要的是,ACDE-3中富含羟基的β-环糊精(β-CD)自组装成胶束,其中胶束中相邻β-CD之间的空间效应限制了阴离子的移动。这种独特的“阴离子胶体”结构使共晶系统具有较高的Zn2+迁移数(tZn2+),为0.84。因此,ACDE-3可抑制枝晶的形成,防止阴离子引起的副反应,抑制HER,并将ESW扩大到2.32V。
2)Zn//Zn对称电池在0.5 mA cm−2下可提供900小时的长寿命,Zn//Cu半电池在0.5 mA cm−2下从15到200次循环具有较高的平均库伦效率(ACE),为97.9%,锌沉积均匀致密。当与聚(1,5-萘二胺)(聚(1,5NAPD))正极匹配时,负/正容量(N/P)比为2的全电池仍可在1.0 A g-1的电流密度下稳定循环200次。此外,该电解质已被证明可在-40 °C至40 °C的宽温度范围内工作。
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Min Cheng, et al, “Anions-in-Colloid” Hydrated Deep Eutectic Electrolyte for High Reversible Zinc Metal Anodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202410210
DOI: 10.1002/anie.202410210
https://doi.org/10.1002/anie.202410210