湖南大学AFM: 通过分子工程解决电解液添加剂的亲锌性 - 去溶剂化困境，实现极化最小的高倍率锌阳极

文章总结

由于亲锌添加剂在调控锌离子（Zn2+）扩散方面的有效性，它们已被广泛应用于稳定锌金属阳极。然而，其高度的亲锌性会导致去溶剂化能垒升高，进而加剧极化现象并降低稳定性，尤其是在高电流条件下。在此，我们提出了一种新颖的分子工程方法，该方法结合了空间位阻和氢键相互作用，以促进亲锌添加剂的去溶剂化过程，从而实现具有最小极化的高倍率锌阳极。作为概念验证，我们设计了二吡啶甲基乙二胺（NDPA），这是一种含有强锌离子（Zn2+）螯合位点和极性氨基尾基团的亲锌添加剂。NDPA 拥有四个溶剂化位点，这不仅赋予了它出色的亲锌性，能有效地调控锌离子（Zn2+）的扩散，而且还表现出显著的空间位阻效应，减少了溶剂化水分子的数量，并降低了脱水能。此外，NDPA 的游离氨基会与水分子形成氢键，促进了配位添加剂的解离。因此，在 20 毫安每平方厘米（20 mA cm−2）的高电流密度下，向锌 || 锌（Zn∣∣Zn）对称电池中添加 NDPA，使其使用寿命从 37 小时延长至超过 2000 小时，并将极化电压从 137 毫伏降至 82 毫伏。这项工作提出了一种全新的策略，以克服电解液添加剂在亲锌性和去溶剂化之间的两难困境，为开发耐用且高倍率的锌阳极提供了新的思路。

图文简介

设计理念

添加剂亲锌性的理论模拟与光谱分析

锌阳极在不同电解液中的电化学性能

锌 || 聚苯胺（Zn||PANI）全电池的电化学性能

论文信息

通讯作者：Zhiqiang Zhu