在锌负极上原位构建多功能固体电解质界面（SEI）有望解决水系锌离子电池（ZIBs）中的Zn枝晶生长和副反应（Zn腐蚀和析氢）等问题。

近日，通过综合考虑界面沉积和迁移动力学，上海交通大学罗加严教授，天津大胡正林报道了与Zn基体具有超高界面能的Zn₃(PO₄)₂在抑制Zn枝晶生长方面具有极大的潜力，而ZnF₂在促进Zn²⁺迁移和沉积动力学方面具有独特的优点。在此基础上，以KPF₆为电解质添加剂，在锌负极上原位构建了以Zn₃(PO₄)₂和ZnF₂（ZCS）为主的复合SEI。

文章要点

1）研究人员利用KPF₆在水环境中的热力学不稳定性，通过锌金属与PF₆^-分解生成的活性酸性化合物的自发化学反应，成功绕过难处理的电化学策略，构建了ZCS。得到的ZCS具有多种功能：i）加速Zn²⁺的去溶剂化和转移过程，降低成核过电位；ii）抑制Zn腐蚀和析氢（HER）等副反应；iii）促进沉积的Zn金属的横向生长。

2）实验结果显示，在ZCS的辅助下，Zn-Zn对称电池在1 mA cm^-2的电流密度下可以稳定地长时间循环2000 h以上。更重要的是，ZCS-Zn在满足实际应用中大电流、大容量、长寿命等苛刻条件方面显示出巨大的潜力。与以往报道的基于弱酸性水溶液的情况相比，ZCS-Zn的累积容量（2020 mA h cm^-2）和最大电流密度与面积电容的乘积（10 mA cm^-2×20 mA h cm^-2）都达到了创纪录的水平。即使在80%的高DOD下，含ZCS-Zn的对称电池仍可提供120 h的延长镀锌/剥离过程。此外，基于ZCS-Zn负极的Zn|MnO₂电池和Zn|AC混合超级电容器在高容量保持率下也具有出色的倍率和循环性能。

这项研究所开发的ZCS的方法成本低、操作简单，适合大规模推广，有利于水系ZIBs的大规模实际应用。

参考文献

Y. Chu, S. Zhang, S. Wu, Z. Hu, G. Cui and J. Luo, In-situ Built Interphase with High Interface Energy and Fast Kinetics for High Performance Zn Metal Anodes, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D1EE00308A

https://doi.org/10.1039/D1EE00308A