张景萍AFM: 甲醇-碳酸丙烯酯电解液：锌电池的抗析氢与稳定沉积新方案

文章总结

研究背景：锌金属电池（ZMBs）因锌阳极的诸多优势在大规模储能领域极具潜力，但锌阳极在弱酸性电解液中的热力学不稳定性会引发析氢反应（HER）、腐蚀和枝晶生长等问题，影响电池性能和商业化进程。当前抑制 HER 的电解液策略各有优劣，开发高效且经济的无水有机电解液对构建稳定的锌阳极意义重大。

研究内容

设计新型电解液：以甲醇（MeOH，80 vol%）为氢键供体、碳酸丙烯酯（PC，20 vol%）为共溶剂、2 摩尔三氟甲磺酸锌（Zn (OTf)₂）为溶质，构建新型无水有机电解液 Zn (OTf)₂/MeOH - PC。

理论计算与模拟：运用分子动力学（MD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算，深入探究电解液中 Zn²⁺的溶剂化结构、氢键特征、界面化学及吸附行为等。结果表明，PC 能与 Zn²⁺配位，削弱 Zn²⁺与 OTf⁻的静电作用，增强电解液稳定性，增大析锌过电位，促进均匀锌沉积。

电解液性能测试：通过多种电化学测试手段对比不同电解液中锌阳极的性能。在 Zn (OTf)₂/MeOH - PC 电解液中，锌阳极展现出卓越的化学稳定性、抗腐蚀性能和抑制枝晶生长能力，能实现沿 (002) 晶面的定向沉积。

电池性能评估：基于 Zn (OTf)₂/MeOH - PC 电解液组装的 Zn||Cu 不对称电池、Zn||PANI 全电池和软包电池，均呈现出优异的循环稳定性和高库仑效率。此外，该电解液在低温下（-15 °C）也能使电池保持良好性能。

研究结论：成功设计出 Zn (OTf)₂/MeOH - PC 无水有机电解液，从根本上消除 HER，抑制锌腐蚀和枝晶生长。该电解液提升了锌阳极的热力学稳定性，所组装电池性能出色，为高性能锌金属电池的设计提供了新思路。

图文简介

与 Zn (OTf)₂/H₂O 电解质相比，两种无水有机电解质对溶剂化结构和界面化学的调控示意图

所设计电解质的溶剂化结构与电化学性能

各类电解质的双电层（EDL）结构模拟与耐腐蚀性能研究

锌阳极的电化学性能

论文信息

通讯作者： Jing-Ping Zhang