学术前沿|Nat. Commun.:弱溶剂化电解质,实现锌离子电池实用化!_百度...
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学术前沿 | Nat. Commun.：弱溶剂化电解质，实现锌离子电池实用化！
导语：锌离子电池因锌负极具有高容量、低氧化还原电位、低成本等优势，成为一种有前途的固定储能电化学装置。然而，水溶剂化引起的结构坍塌和副反应是制约其实际应用的主要因素。在此背景下，中山大学卢锡洪、杨祖金，东莞理工学院谢世磊等人在Nature Communications发表文章，通过设计一种弱溶剂化电解质，减少溶剂化水的数量，成功抑制了AZIBs正极和负极的失效，实现了锌离子电池的实用化。
成果背景：为降低H2O的溶剂化能力，增强SO42−与H2O在Zn2+上的配位竞争能力，本文作者通过配制弱溶剂化电解质，构建了[(Zn2+)(H2O)4.3(SO42−)1.3(C4H8O)0.4]的贫水溶剂化结构，显著减少了Zn负极上溶剂化水引起的不良副反应。
核心数据解读：通过实验和理论模拟，验证了弱溶剂化电解质的Zn2+贫水溶剂化结构，可以加快Zn2+的脱溶动力学，抑制Zn枝晶生长和正极结构坍塌。
图1展示弱溶剂化电解质（WSE）中Zn2+溶剂化结构的变化，包括工作原理示意图、拉曼光谱、FT-IR光谱、MD模拟结果等，表明加入丁酮后，Zn2+溶剂化结构从单纯的溶剂分离离子对转变为SSIP与接触离子对共存，有效抑制了析氢反应和腐蚀。
图2通过电化学性能测试，展示了WSE中Zn负极的稳定性增强，包括恒电流循环曲线、库仑效率、SEM和XRD图谱，证明了WSE可以显著抑制Zn枝晶生长和结构坍塌。
图3进一步研究了WSE对NVO正极循环稳定性的影响，包括GCD曲线、倍率性能比较、结构演变分析，证实了丁酮添加剂有助于提高NVO的Zn2+存储能力和循环稳定性。
图4展示了基于WSE的可充电AA型Zn/NVO电池的电化学性能，包括容量、循环稳定性、概念验证，以及与已有AZIB的比较，证明了WSE在实际应用中的可行性。
成果启示：通过设计弱溶剂化电解质，本文作者成功解决了水系锌离子电池中的关键问题，实现了电池的实用化，为实现水系锌离子电池的高可持续性发展提供了重要策略。
