水系锌金属电池的可再充电性受到锌金属负极的寄生反应和有害形态如树枝状或死锌的严重困扰。
近日，加州大学欧文分校忻获麟教授，陆军研究实验室许康研究员，布鲁克海文国家实验室Ruoqian Lin证明了“疏水性水电解质”的概念可以通过引入一种“非传统的”具有亲阳离子和强阴离子疏水性的稀释剂来局部实现。
文章要点
1）在这种新的溶剂化结构中，稀释剂分子优先结合锌阳离子(亲阳离子)，失去水结合能力(疏水)，排斥阴离子(疏阴离子)，这不仅使阳离子穿梭的水去极化，而且使亲水溶剂化区域被包封在疏水外壳内。
2）研究人员确定了符合“非传统”稀释剂标准的二甲基甲酰胺（DMF）作为（ZnSO4）电解液的基准稀释剂。由于Zn0在其表面上更喜欢DMF单体而不是水单体，所以游离水将被大量排除在Zn0表面之外。Zn0表面上最小的足迹和减弱的水分子活性减少了涉及水的副反应。更有趣的是，DMF分子可以与氢氧根离子反应，而不会引入不期望的SEI层，这进一步最小化了表面钝化，并且能够实现平滑的Zn镀层形态，由此即使在高电流密度下也实现了高度可逆的Zn0沉积。所开发的锌电池具有优异的可逆性(1000次循环的平均镀锌/剥离效率为99.72%)和寿命(5000次循环后容量保持率为80.6%)。
所提出的具有不对称阳离子/阴离子溶剂化特征的“非传统稀释剂”在传统稀释剂和助溶剂中是不同的，这也可以启发更多用于非水电池的新电解质设计。
参考文献
Peichao Zou, et al, Localized Hydrophobicity in Aqueous Zinc Electrolytes Improves Zinc Metal Reversibility, Nano Lett., 2022
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02514
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02514
