目前可充電鋅金屬電池大部分研究都集中在提高Zn金屬負(fù)極在室溫下的電化學(xué)性能，在極端熱條件下鋅金屬負(fù)極的穩(wěn)定循環(huán)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，相應(yīng)的失效機(jī)制在很大程度上尚未得到探索。

在此，香港理工大學(xué)張標(biāo)教授等人揭示了鋅電鍍/剝離過程中熱不穩(wěn)定性的起源：低溫會(huì)導(dǎo)致枝晶生長(zhǎng)惡化，而高溫會(huì)導(dǎo)致寄生反應(yīng)加劇。作者通過將低聚物聚（乙二醇）二甲醚（PEGDME）作為競(jìng)爭(zhēng)性溶劑引入水系電解液中來規(guī)避這些問題，從而同步調(diào)節(jié)鋅金屬/電解液界面和電解液溶劑化化學(xué)。

互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，競(jìng)爭(zhēng)溶劑通過優(yōu)先Zn表面吸附將水占界面轉(zhuǎn)變?yōu)榈途劢缑妫瑥亩鴮?shí)現(xiàn)Zn的無枝晶。

圖1. 全電池的電化學(xué)行為和極端熱條件下正極的良好兼容性

此外，該溶劑通過重建低聚物/水氫鍵和參與鋅離子的溶劑化鞘，改變了電解液的相互作用，極大地緩解了寄生反應(yīng)。因此，鋅金屬負(fù)極在0、25和50 °C的所有測(cè)試溫度下均提供超過1600小時(shí)的循環(huán)壽命，比原始電解液提高了10倍以上。

在應(yīng)用方面，競(jìng)爭(zhēng)性溶劑由于高度降低的水活性而抑制了正極的快速溶解，并在 -15至65°C的寬溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的Zn/V₂O₅全電池。

圖2. 50℃下PEGDME高度改進(jìn)的穩(wěn)定性的說明

Realizing wide-temperature Zn metal anodes through concurrent interface stability regulation and solvation structure modulation, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.011