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鋅金屬在水系電解液中熱力學不穩定，在電鍍過程中甚至在儲存期間會在界面處引起枝晶生長和持續的寄生反應，導致電池快速失效并阻礙水系鋅離子電池的實際應用。

在此，武漢理工大學麥立強教授、安琴友研究員等人研究了甘氨酸（Gly）作為水系鋅金屬電池的低成本電解液添加劑，以保護鋅負極的可逆性和穩定性。結合實驗分析、分子動力學（MD）模擬和DFT計算，作者證明了Gly添加劑可通過以下機制抑制副反應并調節Zn²⁺在靜置甚至循環過程中的均勻沉積：

1）該添加劑可控制Zn²⁺和HBN的溶劑化殼結構，從而防止界面發生副反應。

2）與水相比，添加劑更容易聚集在Zn表面形成雙電層（EDL）結構，在松弛過程中直接隔絕水與Zn負極之間的接觸。

3）吸附在鋅表面的Gly具有較低的LUMO能級，可在還原Zn²⁺之前進行還原反應形成原位富含ZnS的SEI，以改善Zn²⁺去溶劑化和電鍍/剝離動力學。

圖1. DFT計算及表面化學和微觀形態實驗

因此，基于Gly/ZnSO₄電解液的Zn∥Zn電池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下表現出3200小時的超長循環壽命，甚至在10 mA cm^-2和 10 mAh cm^-2下也表現出460小時的穩定循環性能。令人印象深刻的是，使用Gly/ZnSO₄電解液的Zn∥Cu電池顯示出95.29%的更高 ICE且可運行超過650個循環，平均CE為99.68%，遠高于空白電解液和之前的報道。

此外，使用含Gly電解液的Zn∥NH₄V₄O₁₀（NVO）全電池表現出更高的容量（231.3 mAh g^-1@10 A g^-1）和顯著增強的循環穩定性（5 A g^-1下3000次循環后容量為211.4 mAh g^-1，CE高達99.55%），表明Gly在提高鋅離子電池性能方面的顯著影響。鑒于Gly的低成本優勢，這項研究所提出的界面化學調控策略在促進水系電池商業化進程方面顯示出相當大的潛力。

圖2. 含/不含Gly添加劑的Zn∥NVO全電池性能

Interfacial Chemistry Modulation via Amphoteric Glycine for a Highly Reversible Zinc Anode, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c09317

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?麥立強/安琴友ACS Nano: 低成本甘氨酸作為穩定鋅負極的電解液添加劑

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