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基于鋅金屬負極的一次堿性水系電池已經商業化，并顯示出對二次電池的巨大希望。然而，Zn在堿性電解液中會發生Zn、Zn(OH)₄^2-和ZnO之間的固-液-固反應，這導致表面形成的絕緣ZnO容易鈍化下面的Zn。

東北大學孫筱琪等通過引入Br-作為絡合劑，揭示了Zn負極在堿性電解液中的固-液轉化過程。

圖1. 基于不同電解液的Zn||Zn對稱電池測試

以往的研究仍集中在堿性體系中Zn- Zn(OH)₄^2--ZnO的固-液-固轉化過程，其存在鈍化的內在局限性。另一方面，揭示Zn電極的替代反應路徑將從根本上避免鈍化并提供更多控制沉積形態的可能性。基于上述考慮，作者通過將KBr作為絡合劑引入KOH堿性電解液中，揭示了Zn電極的固-液轉化過程。

研究顯示，在放電過程中，Zn被氧化成Zn-Br配合物，而不是Zn(OH)₄^2-，前者表現出更高的溶解度。因此，Zn發生了固-液反應，有效地避免了ZnO的鈍化。結果，Zn在充電期間可逆地沉積以在電極上形成平坦表面。

圖2. 不同狀態下的Zn電極的表征

此外，由于固-液轉換過程的優異動力學和可逆性，對稱電池在1 mA cm^-2時表現出≈8 mV的極化電壓，在10 mA cm^-2時僅增加到36 mV，并在1 mA cm^-2和0.5 mAh cm^-2下，循環壽命延長至900小時，是KOH電解液中循環壽命的22倍。

另外，KOH/KBr電解液也適用于Zn||MnO₂電池，其在500次循環后可提供92.5%的容量保持率。總之，這項工作提出了一種有效的策略來揭示可充電池中Zn電極的替代反應路徑。

圖3. Zn||MnO₂堿性電池性能

Inducing the Solid–Liquid Conversion of Zinc Metal Anode in Alkaline Electrolytes by a Complexing Agent. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207397

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?孫筱琪AFM：絡合劑使鋅金屬負極在堿性電解液中避免ZnO鈍化

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