海南大學開發雙功能添加劑推動水系鋅離子電池實際應用

記者從海南大學獲悉，該校海洋科學與工程學院海洋清潔能源創新團隊副教授楊金霖研究發現，通過引入二氟草酸硼酸鈉作為電解液添加劑可以提高水系鋅離子電池負極與電解質界面的穩定性。相關研究成果近日發表在化學領域頂級期刊《德國應用化學》上。

可充電水系鋅離子電池因其低成本、高安全性、高理論比容量等優勢，被視為新一代儲能技術的潛力候選者。然而，不可控的枝晶生長、析氫反應和表面腐蝕等問題嚴重制約其實際應用。枝晶生長會導致電池短路，顯著縮短電池循環壽命，析氫反應和表面腐蝕會降低電池效率，惡化電池性能。

記者了解到，研究團隊提出了一種有效的電解質調控方法。通過引入二氟草酸硼酸鈉作為雙功能電解質添加劑，構建高度穩定的負極和電解質界面。在實驗過程中，團隊以硫酸鋅水溶液為基礎電解液，通過優化二氟草酸硼酸鈉添加濃度，制備復合電解液，確保其兼具良好的離子傳導性和界面調控能力。電解液中形成的二氟草酸硼酸根陰離子捕獲鋅離子并擇優沉積在鋅（100）晶面，形成了具有高取向性的（100）織構的無枝晶鋅負極。同時，二氟草酸硼酸根陰離子在鋅表面的強吸附作用促進了電極/電解質界面上貧水雙電層結構的形成。

研究結果表明，高取向性鋅（100）織構和貧水雙電層結構的形成能夠抑制枝晶生長和析氫腐蝕副反應，提升電池循環穩定性。得益于均勻的鋅沉積和受抑制的寄生副反應，鋅負極具有高度可逆性。所組裝的鋅—鋅對稱電池和鋅—銅不對稱電池具有良好性能。此外，優化的電解質使鋅—釩酸銨全電池具備高容量和長循環壽命特性，有效推動了水系鋅離子電池的實際應用。

楊金霖表示，在此次實驗中，研究團隊首次提出了一種雙管齊下的電解液調控策略，即同時調控鋅（100）晶面取向均勻沉積和構建貧水的雙電層結構。該策略可有效解決不可控的枝晶生長和析氫腐蝕副反應問題，為增強鋅金屬負極可逆性和穩定性以及開發高性能水系鋅電池提供新的研究思路。