可充电水系锌电池具有成本低、安全性高等优点，在大规模电化学储能方面具有广阔的应用前景。然而，锌金属负极存在枝晶生长和界面析氢副反应(HER)，导致电极/电池性能严重恶化。
近日，针对锌负极问题，南开大学陈军院士报道了设计了一种阴离子型无水Zn2+溶剂化结构电解质（ASE）。
文章要点
1）研究人员揭示了自由水和束缚水之间的基本性质：强阳离子-水相互作用诱导了阳离子-水的电子转移，削弱了O−H键，从而降低了最低空位分子轨道能级（LUMO）。
2）在阳离子效应的启发下，研究人员利用含有大体积阳离子的氯化物（1-乙基-3-甲基咪唑氯化物，EMIMCl）解锁阳离子-水相互作用，释放Zn(H2O)62+中的结合水，在电解质中形成ZnCl42−作为阴离子型溶剂化结构（ASE）。并通过拉曼光谱、分子动力学（MD）模拟和X射线吸收精细结构（XAFS）分析确定了ASE的结构。
3）结果表明，ASE镀锌/脱锌一次循环即可获得98.4%的高电导率，平均电导率为99.9%。原位原子力显微镜（AFM）显示，由于Zn针尖与阴离子溶剂化结构之间的静电斥力，ASE具有独特的镀Zn模式，并显示出均匀的Zn沉积。此外，预镀锌聚苯胺（Z-PANI）正极在无负极的ASE电池中实现了154.4 mAh g−1的容量，300次循环后仍能保持78.8%的高保持率。
这项工作对阳离子对HER的影响提供了重要的见解，并为构建非枝晶长寿命锌金属负极和电池的电解液设计策略提供了指导。
参考文献
Qiu Zhang, et al, Designing anion-type water-free Zn2+ solvation structure for robust Zn metal anode, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202109682
https://doi.org/10.1002/anie.202109682
