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高能電解Zn//MnO₂電池顯示出電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的潛力，但酸性電解質(zhì)引起的嚴(yán)重析氫腐蝕(HEC)會(huì)導(dǎo)致耐久性下降。

周江教授AM：通過(guò)低氫親和力和強(qiáng)鍵合實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命電解Zn//MnO2電池的高質(zhì)子抗性Zn-Pb負(fù)極

在此，中南大學(xué)周江教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)單的置換反應(yīng)在Zn負(fù)極上構(gòu)建了高度抗質(zhì)子的含Pb(Pb和Pb(OH)₂)界面(Zn@Pb)，在H₂SO₄腐蝕后將進(jìn)一步原位形成PbSO₄。含Pb界面阻止了H⁺與Zn的接觸，這大大削弱了Zn基底上的HEC。隨后，通過(guò)在硫酸鹽基電解液中引入Pb(CH₃COO)₂(Pb(OAc)₂)添加劑(表示為Zn@Pb-Ad)，Zn@Pb的電鍍/剝離可逆性得到增強(qiáng)。

Pb(OAc)₂添加劑與SO₄^2-沉淀為PbSO₄，釋放出的微量Pb²⁺，其可在Zn鍍層上沉積Pb層，在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中提高了HCE抗性。同時(shí)，抗質(zhì)子機(jī)理被揭示為Pb和PbSO₄對(duì)H⁺的低親和力，以及Pb-Zn和Pb-Pb之間的強(qiáng)鍵合，這提高了HER過(guò)電位和H⁺腐蝕能壘。

圖1. Zn@Pb負(fù)極制備、表征及其抗腐蝕性測(cè)試

總之，本文提出了一種穩(wěn)定Zn負(fù)極的全方位保護(hù)策略，并從理論和實(shí)驗(yàn)上證明了Pb和PbSO₄對(duì)H⁺的低親和力以及Pb-Zn或Pb-Pb之間的強(qiáng)鍵合是提高Zn負(fù)極質(zhì)子抗性的關(guān)鍵因素，從而降低了HER催化活性，增加了H⁺腐蝕的能壘。因此，一方面，原位構(gòu)建的含鉛界面具有高質(zhì)子電阻，阻止了H⁺與Zn襯底的接觸。另一方面，Pb(OAc)₂添加劑與SO₄^2-反應(yīng)生成PbSO₄，釋放出痕量Pb²⁺，激活Pb電鍍/剝離，并在Zn鍍層上構(gòu)建Pb層，從而抑制循環(huán)過(guò)程中的HEC，提高Zn電鍍/剝離的可逆性。基于含鉛界面和Pb(OAc)₂添加劑的多重保護(hù)，Zn@Pb-Ad//MnO₂電池在含0.2 M和0.1 M H₂SO₄的酸性電解質(zhì)中分別表現(xiàn)出630和795 h的優(yōu)異耐用性和99%的能量密度保持率。

此外，放大的Zn@Pb-Ad//MnO₂電池(1000 mA h)具有850 h的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性和超過(guò)1.9 V的高輸出電壓。本研究工作實(shí)現(xiàn)了酸性電解Zn//MnO₂電池在長(zhǎng)循環(huán)壽命、無(wú)膜、高鋅利用率方面的突破，為高能、耐用的Zn電池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用提供了契機(jī)。

圖2. Zn對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)電池的電化學(xué)性能

Achieving Highly Proton-Resistant Zn-Pb Anode through Low Hydrogen Affinity and Strong Bonding for Long-Life Electrolytic Zn//MnO2 Battery,Advanced Materials?2023 DOI:?10.1002/adma.202300577

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