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不穩(wěn)定的電極/電解質(zhì)界面與不均勻的鋅沉積和副反應(yīng)困擾著水系鋅離子電池的實際應(yīng)用。

圖1 L-CN添加劑在正極和負(fù)極雙邊界面上的同步調(diào)節(jié)行為示意圖

中南大學(xué)陳立寶、陳月皎等提議L-肉堿（L-CN）作為一種有效的添加劑來穩(wěn)定兩個電極并延長其壽命。微量添加的L-CN中同時存在的季銨陽離子、COO-陰離子和羥基在操縱Zn²⁺電化學(xué)沉積/插入和水分子活性的行為方面發(fā)揮了巨大的協(xié)同作用。

具體來說，為了適應(yīng)電場驅(qū)動的電極上的負(fù)電荷，L-CN中的陽離子部分自動向相應(yīng)的電極表面（充電的負(fù)極和放電的正極）傾斜，占據(jù)活性水位，實現(xiàn)可逆的吸附界面。羧基陰離子提供了與Zn²⁺突出的相互作用，調(diào)節(jié)Zn²⁺的通量以確保均勻和快速的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。羥基通過氫鍵固定有效捕獲自由水和配位水，從而抑制了副反應(yīng)和正極溶解的發(fā)生。

圖2 半電池性能

值得注意的是，微量的L-CN添加劑實現(xiàn)了對稱電池的超長壽命，對于無枝晶的Zn沉積/剝離，循環(huán)壽命提高了87倍（超過6000小時，1 mA cm-2/1 mAh cm-2），即使在40 mA cm^-2的高電流密度下，仍能穩(wěn)定地運行10000次。此外，L-CN添加劑使V₂O₅//Zn全電池穩(wěn)定運行3500次，容量保持率高達(dá)83.9%?？傮w而言，利用具有獨特功能的微量兩性離子添加劑，為可充和長壽命AZIBs的多功能電解質(zhì)提供了新的靈感。

圖3 全電池的電化學(xué)性能

Reversible Adsorption with Oriented Arrangement of Zwitterionic Additive Stabilizes Electrodes for Ultralong-Life Zn-lon Batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee00982c

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陳立寶/陳月皎EES：兩性離子添加劑提升鋅負(fù)極87倍壽命！

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