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?范紅金/劉瑞平/韓鵬AEM: 鋼鐵防腐啟發(fā)的低成本添加劑實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鋅負(fù)極！

由于鋅負(fù)極的不穩(wěn)定性（枝晶生長(zhǎng)、表面腐蝕和鈍化）導(dǎo)致的循環(huán)壽命差，從而限制了水系鋅電池（AZB）的發(fā)展。

在此，新加坡南洋理工大學(xué)范紅金教授、中國礦業(yè)大學(xué)劉瑞平教授及韓鵬等人受鋼鐵行業(yè)防腐策略的啟發(fā)，采用復(fù)合緩蝕劑（CCI）作為鋅金屬負(fù)極保護(hù)的電解液添加劑。具體而言，作者將十二烷基二甲胺乙醇內(nèi)酯（DDN）、脂肪酸甲酯乙氧基化物（FMEE）和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES）組成的典型復(fù)合緩蝕劑（記為DFA）作為一種創(chuàng)新的低成本（約500元/公斤）ZnSO₄電解液添加劑。

研究表明，添加的DFA傾向于錨定在Zn表面并通過Zn-O鍵自發(fā)形成均勻的SEI薄層。根據(jù)實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果，這種DFA層具有高度親鋅性，可有效阻礙H₂O和SO₄^2-運(yùn)輸，從而抑制HER反應(yīng)。此外，由于Zn和惰性DFA層之間的強(qiáng)化學(xué)鍵合，保證了具有高電鍍/剝離可逆性的3D均勻Zn成核。

圖1. 不同電解液中的鋅鍍層和剝離行為

因此，具有DFA保護(hù)的Zn||Zn對(duì)稱電池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的條件下可實(shí)現(xiàn)超過1100小時(shí)的可逆剝離/電鍍過程。當(dāng)電流密度達(dá)到10 mA cm^-2時(shí)，采用 ZnSO₄+ DFA電解液的對(duì)稱電池在1 mAh cm^-2下仍能提供900小時(shí)的長(zhǎng)循環(huán)壽命，而基于純ZnSO₄電解液的電池在相同條件下僅能循環(huán)50小時(shí)。

此外，基于添加DFA電解液的Zn-Ti半電池在250次循環(huán)后的CE仍超過98.2%。這些結(jié)果證實(shí)，DFA層賦予鋅負(fù)極高氧化還原可逆性和低腐蝕傾向。更重要的是，以MnO₂作為正極的Zn-MnO₂全電池在0.5 A g^-1下循環(huán)1000次后仍具有約90%的容量保持率，每循環(huán)容量衰減僅為0.013%。總之，這項(xiàng)工作為高性能AZBs的低成本電解液添加劑設(shè)計(jì)提供了一種新策略。

圖2. Zn-MnO₂全電池的電化學(xué)性能

Steel Anti-Corrosion Strategy Enables Long-Cycle Zn Anode, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202603

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