大連化物所發《能源快報》：提出鋅金屬電池雙相電解液策略

　　近日，我所燃料電池研究部醇類燃料電池及復合電能源研究中心金屬燃料電池系統研究組（DNL0313組）王二東研究員團隊在水系鋅金屬電池電解液研究方面取得新進展。該團隊提出雙相電解液策略，有效抑制了鋅金屬負極的枝晶生長和析氫反應，實現鋅金屬電池的長壽命運行。

　　水系鋅金屬電池具有高安全性、低成本、環境友好以及較高的能量密度和功率密度等優勢，被認為是一種具有應用前景的大規模儲能技術。然而，鋅負極的不均勻沉積和在水系電解液中的熱力學不穩定性，導致枝晶和析氫問題，因而限制了水系鋅金屬電池的循環壽命。

　　針對上述問題，該團隊在前期工作中構建了人工固態電解質界面間相（SEI膜），調控鋅負極表面均勻的Zn2+通量，并促進Zn脫溶劑化，實現了高穩定性（5mA/cm2條件下循環700h）的鋅負極（Energy Storage Materials，2022；Nano Energy，2022）。在上述工作基礎上，團隊通過鹽析效應設計了一種雙相電解液體系。該體系的負極側電解液富含有機溶劑，而正極側電解液以水溶液為主。此外，團隊探究了雙相電解液的制備過程和規律，提出電解液各組分的選擇標準。

　　研究發現，富有機相電解液不僅降低水含量28vt.%，還改變了Zn2+的溶劑化結構，此外，原位形成了均勻的ZnOHF固態電解質界面間相（SEI）。這種協同作用有助于抑制水引發的腐蝕反應和枝晶生長，從而實現較高的平均庫侖效率（400次循環以上為99.68%）和較長的循環壽命（5mA/cm2條件下循環700h）。在正極側，水相電解質保持了32mS/cm的離子傳導率，并且殘留的NMP分子改變了電極/電解質的界面特性，從而加速了氧化還原動力學。采用雙相電解質組裝的Zn//PANI（聚苯胺）全電池在倍率、循環和貯存性能方面均優于傳統ZnSO4電解液基電池。該雙相電解質工程策略為設計實用化鋅金屬電池的電解液提供了新思路。

　　上述工作以“Biphasic Electrolyte Engineering Enabling Reversible Zn Metal Batteries”為題，于近日發表在《美國化學會能源快報》（ACS Energy Letters）上。該工作的第一作者是我所DNL0313組已畢業博士生樊賀飛。上述工作得到了國家自然科學基金等項目的資助。（文/圖 樊賀飛）

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c01423

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