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?紀(jì)秀磊等AEM：ppm級(jí)添加劑高效改善鋅金屬負(fù)極的壽命

如何設(shè)計(jì)水系電解液以確保鋅金屬負(fù)極的完全可逆性仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。濃縮的鹽包水電解液（如30 m ZnCl₂）是解決鋅金屬負(fù)極難題的有希望的候選方案。然而，純的30 m ZnCl₂電解質(zhì)無法提供光滑的表面形態(tài)和實(shí)用的庫侖效率。

圖1. 電解液穩(wěn)定性的電化學(xué)研究

俄勒岡州立大學(xué)紀(jì)秀磊、加利福尼亞大學(xué)P. Alex Greaney等研究了香蘭素作為30 m ZnCl₂電解液添加劑的影響。研究發(fā)現(xiàn)，30 m ZnCl₂的酸性可分解香蘭素，在鋅金屬負(fù)極（ZMA）表面形成獨(dú)特的SEI，從而幫助ZMA實(shí)現(xiàn)更可逆的循環(huán)。

通過表征，我們闡明了與香蘭素形成SEI的新機(jī)制，即質(zhì)子和氯依次攻擊香蘭素并使其在ZMA表面沉淀，這有別于傳統(tǒng)觀點(diǎn)，即SEI是通過與負(fù)極表面的正極反應(yīng)生成的。

圖2.?SEI分析

結(jié)果，在電流密度為0.2 mA cm^-2的條件下，在30 m ZnCl₂中加入ppm級(jí)的香蘭素后，電池的CE值從95.38%提高到了99.34%。此外，在N/P比為2:1的情況下，ZMA可支持VOPO₄||Zn全電池循環(huán)818次，并且在1.6 mA cm^-2的電流密度下，CE值達(dá)到99.92%。

通過本文的研究結(jié)果，作者展示了一種無毒有機(jī)添加劑（即香蘭素）如何改變作為ZMA電解液的30 m ZnCl₂的性能。這些結(jié)果展示了SEI形成作為一種解決方案的重要性，它能使ZMA完全可逆，有助于未來可行的水系鋅金屬電池的開發(fā)。

圖3.?全電池性能

Vanillin: An Effective Additive to Improve the Longevity of Zn Metal Anode in a 30 m ZnCl2 Electrolyte. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301712

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