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水系鋅離子電池(ZIB)的循環壽命受到正極溶解、水反應性和鋅枝晶等顯著挑戰的限制。

澳大利亞臥龍崗大學郭再萍、Jianfeng Mao等人證明通過調整電解液溶劑化結構，可以同時解決電極和電解液的問題。

具體而言，阻燃磷酸三乙酯（TEP）被證明是一種在非水/水混合電解液中具有強溶劑化能力的助溶劑。TEP具有比H₂O（18 kcal mol^-1）更高的供體數（26 kcal mol^-1），更傾向于在Zn²⁺周圍形成TEP占據的內部溶劑化鞘，并與H₂O形成強氫鍵。

TEP配位電解液結構可以抑制 H₂O與V₂O₅的反應性，并在鋅負極上形成堅固的聚合物-無機界面（poly-ZnP₂O₆和 ZnF₂），有效防止枝晶生長和寄生水反應。

采用這種優化的電解液，Zn/Cu電池的平均庫侖效率高達99.5%，而具有低容量比Zn:V₂O₅ (2:1) 和貧電解液 (11.5 g Ah^?1) 的全電池可在5 A g^-1下循環超過 1000次，可逆容量為250 mAh g^-1。這項研究強調了成功的電解液調節策略對于開發高性能和實用的ZIBs的前景。

圖1 電解液溶劑化結構及其對V₂O₅溶解的影響

圖2 V₂O₅電極在不同電流密度下的電化學性能

Tuning the Electrolyte Solvation Structure to Suppress Cathode Dissolution, Water Reactivity, and Zn Dendrite Growth in Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202104281

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郭再萍等AFM：調整電解液溶劑化結構實現高性能鋅離子電池

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