【东大新闻网8月26日电】（通讯员 关凯林）近日，东南大学材料科学与工程学院胡林峰教授团队在水系电池的锌金属离子沉积动力学调控和锌金属负极超高利用率方面取得了重要进展，相关成果以“ A Dual Salt/Dual Solvent Electrolyte Enables Ultra-High Utilization of Zinc Metal Anode for Aqueous Batteries”为题在线发表于材料领域顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials)。
可持续清洁能源的开发利用有助于解决当前的化石燃料的环境污染问题和实现国家的“双碳”目标，低成本、高安全性的水系锌离子电池作为下一代规模化能源储存设备具有极大的应用潜力。然而，锌离子在锌金属负极上进行深度沉积时，存在锌枝晶、锌腐蚀以及沉积动力学缓慢等问题，导致电池的锌负极可逆性低，一直是困扰水系锌电池商业化应用的巨大挑战。
图1.双盐/双溶剂电解液的设计及其溶剂化结构
针对这一挑战，团队设计了一种由Zn(BF4)2/Zn(Ac)2和H2O/TEGDME组成的新型双盐/双溶剂电解液（图 1），同时实现了无腐蚀、无枝晶的锌负极和快速的锌离子沉积动力学。通过分子动力学MD模拟和密度泛函理论DFT计算揭示出，所设计的双盐/双溶剂电解液重塑了锌离子的溶剂化结构，具有一种“内助盐与外助溶剂”效应：助盐的Ac−阴离子进入锌离子第一溶剂化结构内调控了锌离子沉积动力学，同时助溶剂TEGDME在锌离子第一溶剂化结构外抑制了强的水和质子反应活性。基于这一新型电解质材料，锌金属负极在超高60%锌利用率下表现出高可逆性，库仑效率高达99.80%，容量为9.39 mAh cm−2，远超了大多报道的电解液设计工作。
该工作设计一种新型双盐/双溶剂电解液，利用其独特的“内助盐与外助溶剂”效应同时实现了界面的快速锌离子动力学和抑制水反应，从而为高性能锌离子电池提供了一种新颖的电解液设计，也为多功能电解液中“内层共盐和外层共溶剂”的协同调节机制提供了新的理解。
论文的第一作者为东南大学博士生关凯林，通讯作者为东南大学胡林峰教授。该工作受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省杰青和东南大学中央高校优秀青年团队项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202405889
供稿：材料科学与工程学院
（责任编辑：刘明源 审核：宋健刚）
