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天大翁哲教授AEM: 電解液加點醋酸銨，同步解決鋅枝晶和副反應(yīng)難題！

具有高安全性和低成本的水系鋅電池被認為是大規(guī)模儲能的有希望的候選者。然而，由于嚴重的鋅枝晶生長和副反應(yīng)，鋅負極的性能迅速下降。

在此，天津大學(xué)翁哲教授等人使用低成本的雙功能醋酸銨（NH₄OAc）添加劑構(gòu)建了一個自我調(diào)節(jié)的Zn/電解液界面，該添加劑既可以作為競爭性陽離子供體也可以作為pH緩沖劑來保持界面相對穩(wěn)定，從而實現(xiàn)同時抑制鋅枝晶的形成和副反應(yīng)。

具體而言，作為競爭性陽離子，NH₄⁺被證明比Zn²⁺優(yōu)先吸附在Zn金屬負極上，從而在Zn/電解液界面產(chǎn)生靜電屏蔽效應(yīng)并抑制Zn的團聚沉積。更重要的是，OAc^–通過形成乙酸/乙酸鹽對（HOAc/OAc^–）來降低電解液濃度，從而在動態(tài)調(diào)節(jié)H⁺/OH^–中起著重要作用，使界面pH值保持在≈5.14 的適當值，這顯著抑制了鋅金屬負極的副反應(yīng)并減少了不溶性副產(chǎn)物的沉淀。

圖1. OAc^–陰離子的有效性評估

因此，在添加NH₄OAc的電解液中，鋅負極在1 mA cm^-2下表現(xiàn)出3500小時的長循環(huán)穩(wěn)定性，在10 mA cm^-2下表現(xiàn)出令人印象深刻的5000 mAh cm^-2的累積面積容量（CE≈99.7%）。

在NH₄OAc存在下，以缺氧水合NH₄V₄O₁₀（Od-NVO）為正極的Zn//Od-NVO 全電池在500次循環(huán)后也表現(xiàn)出83.7% 的高容量保持率和接近100%的高CE。同時，由于Zn負極和Od-NVO正極均迅速下降，空白對照電解液中Zn//Od-NVO電池的容量迅速下降至初始容量的32.2%。這項工作為同時解決圍繞鋅負極的枝晶和腐蝕問題開辟了一條新途徑以開發(fā)實用的鋅電池。

圖2. Zn//Od-NVO全電池在不同電解液中的性能

A Self-Regulated Interface toward Highly Reversible Aqueous Zinc Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202102982

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