锌金属负极具有安全、低成本的优点，是一种很有前途的水系电池负极。然而，锌金属电池是热力学不稳定的，水分解产氢和电解质、金属锌的消耗影响了金属锌的电沉积过程，这个长期忽视的问题严重影响了电池寿命。近日，香港城市大学支春义教授、Yangyang Li、香港理工大学Haitao Huang合作，通过原位电池-气相色谱-质谱分析定量评估了锌沉积过程中的副反应的析氢量，并提出了一种Zn2+离子导体ZnF2，以抑制副反应并增强锌金属电极的电化学可逆性。
本文要点：
（1）锌金属电池的析氢通过原位电池-气相色谱-质谱分析进行精确定量。在Zn//Zn对称电池的每一部分中，氢流量达到3.76 mmol h−1 cm−2，在Zn//MnO2全电池中，氢流量达到7.70 mmol h−1 cm−2；
（2）构建具有高Zn2+转移数(0.65)、高电子绝缘(0.11 mS cm-1)和高Zn2+离子传导性(80.2 mS·cm-1)的Zn2+固体离子导体ZnF2，以将锌金属与液体电解质隔离，这不仅阻止超过99.2%的副反应氢析出，而且引导均匀的锌电沉积。精确定量，Zn@ZnF2//Zn@ZnF2电池仅产生0.02 mmol h−1 cm−2的氢(Zn//Zn电池的0.53%)；
（3）令人鼓舞的是，高面积容量的Zn@ZnF2//MnO2 (约3.2 mAh cm−2)全电池在完全充电状态下，仅产生0.06 mmol h−1 cm−2 (Zn//Zn电池的0.78%)的最大氢流量。同时，Zn@ZnF2//Zn@ZnF2对称电池在超过590小时(285个循环)的超高电流密度和面容量(10mA cm-2，10 mAh cm-2)下表现出优异的稳定性，远远优于所有报道的在水系锌金属负极。鉴于Zn@ZnF2负极的优越性能，高面积容量的Zn@ZnF2//MnO2水系电池(≈3.2 mAh cm−2)在1000次循环中表现优异的循环稳定性，在约100%库仑效率下保持93.63%的容量。
参考文献：
Longtao Ma, Qing Li, Yiran Ying, Feixiang Ma, Shengmei Chen, Yangyang Li, Haitao Huang, and Chunyi Zhi, Toward Practical High-Areal-Capacity Aqueous Zinc-Metal Batteries: Quantifying Hydrogen Evolution and a Solid-Ion Conductor for Stable Zinc Anodes, Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202007406
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202007406
