Angew. Chem. :固体电解质界面设计助力高性能水系锌金属电池

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为了更好地应对气候变化,更广泛地利用清洁能源和可再生技术,绿色、可持续的电池技术创新具有重要意义。电池不仅可以提供重要的电力供应来源,还有助于平衡能源生产和消费之间的能量波动。在这方面,与广泛使用的锂离子电池相比,水系锌金属电池 (AZMBs) 因其更经济实惠、更高的安全性和可持续性而受到越来越多的关注。近年来,人们一直致力于探索高性能正极材料,而锌负极的研究仍处于起步阶段。人们普遍认为,锌电极的不可逆性可归因于锌枝晶生长和析氢反应,这导致电池寿命短和库仑效率低。与有机电解质中保护 Li/Na/K 金属负极的固体电解质界面 (SEI) 层不同,由于锌盐阴离子在水系电解质中具有极高的电化学稳定性,因此很难在Zn表面构建可控的SEI 层。尽管人工SEI涂层具有一定的效果,但其加工复杂性和对Zn负极的附着力差等问题也不容忽视。


近日,澳大利亚阿德莱德大学的郭再萍教授团队报告了一种混合电解液策略,即通过使用甲基膦酸二甲酯 (DMMP) 作为溶剂或助溶剂来构建均匀稳定的磷酸盐基 SEI 层(ZnP2O6 和 Zn3(PO4)2)(文章信息:Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215600; Angew. Chem. 2022, e202215600)。得益于高质量SEI层的保护,锌电池的循环寿命和库伦效率得以显著提升。对此,英国伦敦大学学院(UCL)何冠杰博士团队受邀发表了题为“Solid-Electrolyte Interphase Chemistries Towards High-Performance Aqueous Zinc Metal Batteries”的highlight论文。



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作者将这种磷酸盐基SEI策略应用于Zn/Cu、Zn/Zn和Zn/V2O5电池中,均显示出显著的性能提升:具有99.89%的超高库仑效率和超过4700小时或 4000次循环的良好循环性能。


郭再萍教授团队的方法有效且便捷,其将有机溶剂与稀水系电解质混合以原位形成均匀且坚固的磷酸盐基SEI 层。该策略解决了由于锌盐阴离子在稀水系电解质的窄电化学窗口内难以分解形成SEI的问题。该原位SEI生成方法是一个重要且鼓舞人心的案例,可指导未来为高可逆锌金属阳极设计其它更好的SEI层。


展望未来 AZMBs 的电解质工程,应致力于开发其它溶剂或电解液添加剂来改性Zn负极界面,使其具有良好的电子绝缘能力、高Zn2+电导率、良好的 Zn 表面附着能力、优异的防腐蚀性能和优异的自钝化性能,同时还应仔细评估其机械性能。那些能分解并与Zn2+反应形成均匀可控的SEI的溶剂或添加剂应该引起更多的关注。

文信息

Solid-Electrolyte Interphase Chemistries Towards High-Performance Aqueous Zinc Metal Batteries

Wei Zhang, Dr. Guanjie He


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202218466




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