由于枝晶生長(zhǎng)和嚴(yán)重的副反應(yīng)，具有高利用效率的穩(wěn)定鋅負(fù)極面臨著挑戰(zhàn)。人們通過(guò)開(kāi)發(fā)電解液添加劑來(lái)解決這些問(wèn)題，但添加劑總是會(huì)在循環(huán)過(guò)程中被電化學(xué)反應(yīng)消耗掉，從而影響循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1 電解液溶劑化結(jié)構(gòu)表征

山東大學(xué)楊劍、武漢紡織大學(xué)劉紅霞等采用六甲基磷酸三酰胺（HMPA）作為電解液添加劑，以實(shí)現(xiàn)鋅負(fù)極的穩(wěn)定循環(huán)。采用HMPA是因?yàn)槠渑湮荒芰?qiáng)且極性低。

研究顯示，HMPA可重塑溶劑化鞘，促進(jìn)陰離子（三氟甲烷磺酸鹽，OTF-）接近Zn²⁺，并促進(jìn)陰離子在鋅負(fù)極上分解形成富含ZnF₂和ZnS的SEI層。此外，值得注意的是，HMPA 在陰離子分解過(guò)程中不會(huì)被消耗，這有利于鋅負(fù)極的長(zhǎng)期深層循環(huán)。

圖2 SEI分析

重塑的溶劑化結(jié)構(gòu)和原位形成的富含無(wú)機(jī)物的SEI層有效地抑制了副反應(yīng)和枝晶的生長(zhǎng)。因此，Zn(OTF)₂-HMPA-H₂O使鋅負(fù)極在高鋅利用率的情況下表現(xiàn)出卓越的電化學(xué)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Zn(OTF)₂-H₂O。

含有HMPA的對(duì)稱(chēng)電池在10 mA cm^-2條件下可運(yùn)行約500小時(shí)（10 mAh cm^-2），或在40 mA cm^-2條件下運(yùn)行約 200小時(shí)（10 mAh cm^-2），鋅的利用率為85.6%。

此外，即使在貧電解液（E/C =12 μL mAh^-1）、有限鋅供應(yīng)（N/P 比 = 1.8）和高容量（6.6 mAh cm^-2）條件下，Zn||V₂O₅ 全電池也能顯示出創(chuàng)紀(jì)錄的高累積容量。

圖3 Zn(OTF)₂-HMPA-H₂O電解液的電化學(xué)性能

Solvation Modulation Enhances Anion-Derived Solid Electrolyte Interphase for Deep Cycling of Aqueous Zinc Metal Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202310290