中國科學院提出新策略使鋅金屬電池長壽命運行

中國科學院大連化學物理研究所研究員王二東團隊提出了雙相電解液策略，有效抑制了鋅金屬負極的枝晶生長和析氫反應，實現了鋅金屬電池的長壽命運行。近日，相關成果發表于《美國化學會能源快報》。

水系鋅金屬電池具有高安全性、低成本、環境友好以及較高的能量密度和功率密度等優勢，被認為是一種具有應用前景的大規模儲能技術。然而，鋅負極的不均勻沉積及其在水系電解液中的熱力學不穩定性，導致了枝晶和析氫問題，限制了水系鋅金屬電池的循環壽命。

針對上述問題，團隊在前期工作中構建了人工固態電解質界面間相，調控鋅負極表面均勻的Zn2+通量，并促進鋅脫溶劑化，實現了高穩定性的鋅負極。隨后，團隊通過鹽析效應構建了一種雙相電解液體系。該體系的負極側電解液富含有機溶劑，而正極側電解液以水溶液為主。此外，團隊探究了雙相電解液的制備過程和規律，提出電解液各組分的選擇標準。

研究發現，富有機相電解液不僅降低了水含量，還改變了Zn2+的溶劑化結構，還原位形成了均勻的固態電解質界面間相。這種協同作用有助于抑制水引發的腐蝕反應和枝晶生長，從而實現較高的平均庫侖效率和較長的循環壽命。在正極側，水相電解質保持了32 mS/cm 的離子傳導率，殘留的NMP分子改變了電極/電解質的界面特性。采用雙相電解質組裝的鋅—聚苯胺全電池，在倍率、循環和儲存性能方面均優于傳統的硫酸鋅電解液基電池。