水系鋅離子電池（AZIBs）由于其固有的安全、低成本和可擴(kuò)展性等吸引人的特點，在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中正受到越來越多的關(guān)注。不幸的是，水引起的寄生反應(yīng)和鋅負(fù)極上的枝晶生長嚴(yán)重阻礙了AZIBs的進(jìn)一步發(fā)展。

廣西大學(xué)何會兵等在ZnSO₄電解液中引入了一種硫脲添加劑（TU），構(gòu)建了獨特的金屬-分子界面，以同時調(diào)節(jié)Zn負(fù)極界面的化學(xué)成分和體相電解液環(huán)境。

圖1. TU分子在Zn負(fù)極上的吸收行為

由于TU分子中的S原子與Zn金屬負(fù)極的Zn原子之間的強(qiáng)相互作用，形成了一個水排斥界面，以減少水與Zn金屬負(fù)極的反應(yīng)性。此外，N和S元素上的長對電子賦予了TU良好的鋅親和力，能夠提供豐富的Zn²⁺配位，從而調(diào)節(jié)配位環(huán)境，并加速水合Zn(H₂O)₆²⁺的脫溶過程，進(jìn)而提高鋅的沉積質(zhì)量。這種獨特的金屬分子界面不僅可以作為腐蝕抑制劑抑制水引起的副反應(yīng)，促進(jìn)無腐蝕的鋅負(fù)極，而且還可以作為離子調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)Zn²⁺的脫溶過程，實現(xiàn)無樹枝狀物的鋅負(fù)極。

圖2. 含/不含TU的電解液中鋅的沉積行為

因此，Zn|Zn對稱電池在1 mA cm^-2、1mAh cm^-2的條件下表現(xiàn)出1200小時的延長壽命，在10 mA cm^-2的條件下表現(xiàn)出3000 mAh cm^-2的高累積容量。當(dāng)與V₂O₅正極配對時，Zn|V₂O₅全電池在1 A g^-1的情況下循環(huán)1000次后，可實現(xiàn)76.0%的高容量保持。總體而言，這項工作為先進(jìn)可充鋅金屬電池鋪設(shè)了一條調(diào)節(jié)鋅電極化學(xué)的新途徑。

圖3. 全電池性能

Building Metal-Molecule Interface towards Stable and Reversible Zn Metal Anodes for Aqueous Rechargeable Zinc Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202206695