鋅金屬具有理論容量高、成本低和安全性高等優(yōu)點，是一種很有前景的水系鋅離子電池負(fù)極候選材料。然而，它經(jīng)常會發(fā)生析氫反應(yīng)（HER）、鋅枝晶生長和副產(chǎn)物的形成。

圖1 BPE界面的構(gòu)建和作用示意

南開大學(xué)牛志強(qiáng)等通過在鋅負(fù)極表面引入基于磷酸三乙酯（TEP）的電解液潤濕疏水性聚丙烯（PP）隔膜，開發(fā)了磷酸三乙酯（TEP）/H₂O雙相電解液（BPE）界面。疏水性聚丙烯隔膜表面的H₂O基電解液和TEP基電解液的表面張力相當(dāng)，這確保了BPE平衡和BPE界面的構(gòu)建。

研究顯示，BPE界面將誘導(dǎo)Zn²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)從[Zn(H₂O)_x]²⁺ 轉(zhuǎn)換為[Zn(TEP)_n(H₂O)_y]²⁺，其中大部分溶劑化的H₂O分子被去除。在[Zn(TEP)_n(H₂O)_y]²⁺中，TEP和H₂O分子之間形成的氫鍵可進(jìn)一步限制殘留的H₂O分子。

圖2 半電池性能

因此，在BPE的情況下，HER和副產(chǎn)物能夠在鋅負(fù)極表面得到有效抑制。結(jié)果，采用BPE的鋅負(fù)極獲得了高庫侖效率、高利用率和卓越的循環(huán)性能，庫侖效率高達(dá)99.12%，循環(huán)可達(dá)6000小時，遠(yuǎn)高于單相水電解液。為了說明BPE在全電池中的可行性，作者也基于BPE組裝了Zn/Al_xV₂O₅電池，即使在低正負(fù)比（N/P）條件下也能表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能。

圖3 全電池性能

The Construction of Binary Phase Electrolyte Interface for Highly Stable Zinc Anodes. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202304426