水系鋅金屬電池由于其高容量、高安全性和低成本而成為最有前景的大規模儲能系統。然而，鋅金屬負極在水系電解液中存在著連續的寄生反應、隨機枝晶生長和遲緩的動力學。

華南師范大學鄭奇峰、陳鷺義等引入高供體數溶劑四甲基脲（TMU）作為電解液添加劑，以實現高度可逆的鋅金屬負極。

圖1. 不同電解液中的鋅沉積行為示意圖

綜合實驗和理論結果表明，TMU不僅能優先吸附在Zn表面，抑制Zn腐蝕和寄生反應，還能與Zn²⁺溶劑化，將H₂O排除在Zn²⁺溶劑化鞘之外，從而大大削弱了水的活性。

更重要的是，這種獨特的Zn²⁺溶劑化鞘促進了無機-有機雙層SEI的形成，其內部是富含ZnF₂/硫化物的層（高界面能），外部是富含酰胺的層（強親鋅性），使Zn沉積均勻，有效提高Zn²⁺運輸動力學。

圖2. 鋅沉積/剝離的穩定性

基于TMU添加劑的上述優點，所得到的Zn(OTF)₂+TMU水系電解液不僅使Zn||Ti不對稱電池（持續超過1200次（CE>99. 5%））和Zn||Zn對稱電池（超過4000小時）實現了高度可逆的鋅沉積/剝離，而且還能使各種最先進的正極穩定運行，包括五氧化二釩（V₂O₅）、聚苯胺（PANI）和六氰化鐵（Na₂MnFe(CN)₆）。總體而言，這項工作從根本上了解了高供體添加劑在穩定鋅金屬負極方面的作用，為開發新興的鋅金屬水系電池開辟了一條新的途徑。

圖3. Zn||V₂O₅全電池性能

Three Birds with One Stone: Tetramethylurea as Electrolyte Additive for Highly Reversible Zn-Metal Anode. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209642