海南大学开发双功能添加剂推动水系锌离子电池实际应用

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8月1日，记者从海南大学获悉，该校海洋科学与工程学院海洋清洁能源创新团队副教授杨金霖研究发现，通过引入二氟草酸硼酸钠作为电解液添加剂可以提高水系锌离子电池负极与电解质界面的稳定性。相关研究成果近日发表在化学领域顶级期刊《德国应用化学》上。
可充电水系锌离子电池因其低成本、高安全性、高理论比容量等优势，被视为新一代储能技术的潜力候选者。然而，不可控的枝晶生长、析氢反应和表面腐蚀等问题严重制约其实际应用。枝晶生长会导致电池短路，显著缩短电池循环寿命，析氢反应和表面腐蚀会降低电池效率，恶化电池性能。
记者了解到，研究团队提出了一种有效的电解质调控方法。通过引入二氟草酸硼酸钠作为双功能电解质添加剂，构建高度稳定的负极和电解质界面。在实验过程中，团队以硫酸锌水溶液为基础电解液，通过优化二氟草酸硼酸钠添加浓度，制备复合电解液，确保其兼具良好的离子传导性和界面调控能力。电解液中形成的二氟草酸硼酸根阴离子捕获锌离子并择优沉积在锌（100）晶面，形成了具有高取向性的（100）织构的无枝晶锌负极。同时，二氟草酸硼酸根阴离子在锌表面的强吸附作用促进了电极/电解质界面上贫水双电层结构的形成。
研究结果表明，高取向性锌（100）织构和贫水双电层结构的形成能够抑制枝晶生长和析氢腐蚀副反应，提升电池循环稳定性。得益于均匀的锌沉积和受抑制的寄生副反应，锌负极具有高度可逆性。所组装的锌—锌对称电池和锌—铜不对称电池具有良好性能。此外，优化的电解质使锌—钒酸铵全电池具备高容量和长循环寿命特性，有效推动了水系锌离子电池的实际应用。
杨金霖表示，在此次实验中，研究团队首次提出了一种双管齐下的电解液调控策略，即同时调控锌（100）晶面取向均匀沉积和构建贫水的双电层结构。该策略可有效解决不可控的枝晶生长和析氢腐蚀副反应问题，为增强锌金属负极可逆性和稳定性以及开发高性能水系锌电池提供新的研究思路。