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?王久林Angew.：不燃有機電解液助力鋅負極2000小時穩(wěn)定循環(huán)

可充鋅電池（RZBs）由于其多重優(yōu)勢，被認為是下一代電化學設(shè)備的有力競爭者。然而，傳統(tǒng)的水系電解液可能會通過快速的容量衰減和較差的庫侖效率（CE）對電池的長期循環(huán)造成嚴重危害，這是由水系體系中復雜的反應動力學造成的。

圖1. 電解液設(shè)計

上海交通大學王久林等探索了一種新型的非水電解液系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用不易燃、兩性和質(zhì)子有機溶劑N-甲基甲酰胺（NMF）與三氟化鋅鹽（Zn-NMF）相結(jié)合。由于NMF具有高閃點（111℃）和高介電常數(shù)（186.9），因此，典型的有機溶劑型電解液中較低的離子傳導性和可燃性問題已經(jīng)得到了解決。

此外，在Zn-NMF電解質(zhì)中的鋅金屬負極呈現(xiàn)出更強的可逆性、高CE、在2.0 mA cm^-2/2.0 mAh cm^-2條件下超穩(wěn)定的循環(huán)（約為2000小時）以及10.0 mAh cm^-2的最大面負載，同時沒有任何析氫反應（HER）。

圖2. 深度沉積-剝離行為研究

在實際應用中，鋅電極和層狀二氧化錳正極（NMO）被結(jié)合起來形成了一個基于非水電解液的電池，其中Zn-NMF電解液促進了Zn²⁺離子在NMO正極的（脫）插層，電流密度高達0.5 A g^-1。同時，層間摻雜的Ni²⁺離子和水晶水的支柱效應提升了二氧化錳的反應動力學、離子遷移率、電子傳導性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

此外，通過原位表征技術(shù)，在Zn-NMF電解液中見證了Zn²⁺在NMO宿主中的可逆插入/提取，而沒有明顯的H⁺參與。這種溶劑系統(tǒng)與NMO正極一起賦予了RZB穩(wěn)定的電化學循環(huán)性能，同時也具有很好的安全性。在該工作中，多價水和非水電池的各種挑戰(zhàn)已經(jīng)得到有效解決，這將為RZB的實際開發(fā)和現(xiàn)實應用提供一個途徑。

圖3. Zn||NMO全電池性能

High-Current Capable and Non-Flammable Protic Organic Electrolyte for Rechargeable Zn Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202302174

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