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金屬鋅一直被認為是水系電池最有前途的金屬負極之一，但它在循環過程中仍然存在枝晶生長和嚴重的副反應。迄今為止，已經開發了各種添加劑來實現鋅的均勻沉積，但未能從根本上克服金屬鋅沉積的內在脆弱形態。

在此，北京大學周恒輝研究員及國家納米科學中心葛廣路研究員、江鵬研究員等人報道將聚天冬氨酸 (PASP) 用作環境友好的雙功能調節劑，以抑制Zn枝晶生長及水系電解液中的嚴重副反應。一方面，PASP的加入不僅可以通過調節其表面能來改變Zn沉積物的微觀形貌（從大的、易碎的和松散堆積的片狀枝晶調整為均勻分布的球形顆粒），而且可以促進Zn²⁺在Zn負極表面周圍的均勻分布。

結果，超細金屬鋅顆粒在PASP的保護下均勻地沉積在負極表面。另一方面， PASP 在與H₂O的競爭吸附中占優勢，因此PASP 吸附在Zn表面可以有效地保護新沉積的Zn免受副反應的干擾。

圖1. PASP添加劑對鋅電鍍/剝離過程的影響

驗證實驗表明，含PASP的對稱Zn電池可以在0.5 mA cm^-2的電流密度下穩定循環超過3200小時，在1 mA cm^-2下可以穩定循環2600小時。即使在 20 mA cm^-2的超高電流密度下，該對稱電池仍可循環2000次以上。此外，鋅金屬負極還可以保持高可逆的鋅電鍍/剝離，在0.5、1 和 5 mA cm^-2下的庫倫效率（CE）均超過99%。

此外，PASP添加劑還可以顯著提高Zn || V₂O₅全電池的電化學性能（在10 A g^-1的電流密度下2500次循環中保持接100%的CE）。因此，使用PASP作為電解液添加劑是實現未來水系可充電鋅電池實際應用的可行途徑。

圖2. 含PASP添加劑的對稱電池和Zn || V₂O₅全電池性能

Toward Stable Zinc Aqueous Rechargeable Batteries by Anode Morphology Modulation via Polyaspartic Acid Additive, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.028

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周恒輝/葛廣路/江鵬EnSM: 電解液加點聚天冬氨酸，抑制Zn枝晶/副反應!

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