有害的枝晶生長和寄生副反應(yīng)極大地阻礙了水系金屬電池的實(shí)際應(yīng)用。盡管有許多關(guān)于探索電解質(zhì)添加劑以緩解上述問題的報道，但很少考慮添加劑在吸附配置和抗枝晶/腐蝕作用方面的構(gòu)效關(guān)系，尤其是當(dāng)添加劑的濃度足夠低時。
在此，南洋理工大學(xué)范紅金教授以芳香族路易斯堿分子成員為研究案例，發(fā)現(xiàn)存在一個最佳吸附配置（由-N位點(diǎn)的位置決定），使添加劑同步提供豐富的親鋅位點(diǎn)以加速Zn2+脫溶，并引導(dǎo)均勻的Zn成核而不產(chǎn)生氫。因此，Zn對稱電池和Zn||NVO全電池的壽命均實(shí)現(xiàn)了長期循環(huán)穩(wěn)定性。
文章要點(diǎn)
1）一系列具有孤對電子的Lewis堿性分子已被用于調(diào)節(jié)電極/電解質(zhì)界面，以增強(qiáng)可逆性Zn電鍍和剝離電化學(xué)。與Lewis酸性–O和–S位點(diǎn)相比，–N位點(diǎn)更有利于與Lewis堿性Zn2+配位。親鋅性加速了水合Zn離子的脫溶。
2）化學(xué)結(jié)構(gòu)的細(xì)微差別導(dǎo)致最佳的吸附配置和物理化學(xué)性質(zhì)。Pym調(diào)節(jié)的Zn/電解質(zhì)界面可以通過減少IHP中活性H2O分子的數(shù)量來抑制有害的副反應(yīng)；它還通過促進(jìn)Zn2+配位和抑制橫向擴(kuò)散來調(diào)節(jié)Zn沉積的均勻性。親鋅的Pym通過加速脫溶過程賦予快速的Zn2+擴(kuò)散動力學(xué)。
3）這項研究證明了通過操縱Zn2+配位實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定Zn負(fù)極的可行性，以及通過加速水合Zn2+的去溶劑化實(shí)現(xiàn)快速動力學(xué)釩基正極的可行性。這項研究為分子吸附構(gòu)型與Zn電化學(xué)之間的關(guān)系提供了見解。
參考文獻(xiàn)
Da-Qian Cai, et al, Understanding the Structure-Activity Relationship of Additives for Durable Zn Metal Battery: A Case Study of Aromatic Molecules, Energy Environ. Sci., 2024
DOI: 10.1039/D4EE03232B.
