锌（Zn）基液流电池因其高能量密度、低成本和高安全性而在电网级储能方面具有巨大潜力。然而，多孔碳电极上Zn²⁺/ Zn较差的可逆性显著恶化了Zn负极的长期稳定性，从而阻碍了Zn基液流电池的进一步发展。

近日，北京低碳清洁能源研究院Qinghua Liu，中科院金属研究所Ao Tang提出了一种高效、廉价的添加剂，NAM，可同时重塑Zn²⁺的溶剂化结构并调节Zn²⁺在电极界面的扩散，这有助于碳毡电极上无枝晶的Zn生长，从而实现锌-铁液流电池的高度可逆Zn负极。

文章要点

1）研究人员在氯化锌中加入不同浓度的NAM，利用电化学表征首先揭示了NAM的最佳浓度，证实了Zn/Zn²⁺氧化还原反应的动力学和可逆性的显著增强，这也得到了SEM观察到的Zn²⁺-NAM在碳毡上均匀沉积Zn的证实。进一步的XPS和FTIR分析以及分子动力学模拟表明，NAM通过将两个H₂O分子替换为酰胺基团，在电极/电解液界面重塑了Zn²⁺-4H₂O-NAM的溶剂化结构。此外，实验表征和密度泛函理论（DFT）计算也证明了NAM在沉积锌层上的优先吸附，有效地调节了锌离子在电极/电解液界面的迁移，并在很大程度上抑制了析氢副反应，从而在碳纤维上均匀地沉积了光滑细小的镀锌层表面。

2）得益于双功能NAM，含Zn²⁺-NAM的锌基对称液流电池表现出超过120小时的超高循环寿命，而锌-铁液流电池也表现出超过400次充放电循环的优异稳定性，而容量没有衰减，这显著优于传统的使用纯氯化锌负极液的锌-铁RFB，从而证明了NAM对提高锌基RFB性能的重要作用。

所提出的具有成本效益的电解液添加剂不仅为促进锌负极可逆性提供了巨大的希望，而且也为其他用于液流电池的基于电镀/剥离的氧化还原反应（例如，Fe/Fe²⁺、Cu/Cu²⁺、Cd/Cd²⁺等）的未来改进奠定了基础。

参考文献

Jing Yang, et al, Synergetic Modulation on Solvation Structure and Electrode Interface Enables a Highly Reversible Zinc Anode for Zinc−Iron Flow Batteries, ACS Energy Lett. 2022

DOI: 10.1021/acsenergylett.2c00560

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c00560