改變水合鋅離子的溶劑化鞘層是穩定鋅負極以獲得實用水系鋅離子電池的有效策略。然而，與合理設計相關的關鍵點仍不清楚，包括溶劑分子的性質如何內在地調節Zn離子的溶劑化結構。

天津大學楊全紅、張辰等提議采用穩定常數（K），即絡合反應的平衡常數，作為通用標準來準確選擇電解液中的配體，以提高陽極穩定性，并發現K對腐蝕電流密度和成核過電位有很大影響。

圖1. 鋅離子與配體之間的溶劑化

K反映了配體和溶出的離子之間的結合強度，代表了配位化合物的穩定性。通常情況下，K值越大，配位化合物越穩定。在使用庫侖效率（CE）測試和線性極化實驗對一系列配體進行篩選后，作者發現乙二胺四乙酸（EDTA）在所有選定的配體中具有最高的K值，并且通過完全取代[Zn(H₂O)₆]²⁺中的水合H₂O分子而與Zn離子發生強烈的溶劑化。DFT結果顯示，溶劑化的EDTA-Zn優先吸附在陽極表面，阻止了Zn沉積過程中H₂O分子的積累，防止陽極被界面水腐蝕。

此外，Zn離子需要克服一個高能量障礙，才能從EDTA-Zn絡合物中釋放出來，在陽極上沉積Zn。由于EDTA-Zn絡合物比其他Zn-配體絡合物的穩定性更高，這產生了一個略高的成核過電位，這已被證明可以引導更均勻的Zn沉積。

圖2. 鋅配體溶劑化抑制負極腐蝕

因此，在5 mA cm^-2的高電流密度下，帶有EDTA-Zn的鋅陽極具有超過3000小時的高穩定性。通過將該陽極與釩酸銨（NH₄V₄O₁₀，NVO）陰極耦合，全電池具有穩定的循環性能，在800次循環后容量保持率為68.3%，每次循環容量衰減僅0.04%。

這項工作給出了通過調節離子溶劑化化學來穩定鋅陽極的一般原則，即K值決定了Zn²⁺與通常有害的H₂O或其他配體添加劑的競爭溶解。使用不同K值的配體會大大影響鋅離子的螯合-吸附-釋放過程，從而導致不同的腐蝕電流密度和鋅陽極的成核過電位。

圖3. EDTA-Zn抑制枝晶生長

Tuning Zn-ion Solvation Chemistry with Chelating Ligands towards Stable Aqueous Zn Anodes. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200677