可再生能源在能源结构中的占比越来越高,对能源存储与转化提出了更高的要求。水系锌金属电池 (AZMBs) 因其高安全性、高理论容量和高离子电导率等优点而成为很有前景的大规模储能装置。然而,不稳定的锌-电解质界面和严重的枝晶生长、析氢、钝化等副反应使 AZMBs 无法进行实际可逆储能所需的长循环,严重阻碍了水系锌电池的商业化。传统的高浓度电解液是抑制枝晶生长和解决锌金属负极电化学稳定性和可逆性差的有效策略,但这种策略对不同浓度的混合电解液的普适性及其本质机理还未完全解构出来。 在此,上海电力大学闵宇霖教授&松山湖材料实验室王欣研究员报告了在明显差分的高低浓度电解质中调控固体电解质界面(SEI)的策略,发现超高浓并不能在有机/水电解质体系中稳定锌负极,而在相对低浓下更能实现水系锌金属电池的稳定循环。 DMSO具有较高的供体数可以取代锌离子溶剂化鞘中的水分子,ZnCl2具有较高的溶解度。有鉴于此,研究团队对包含两种不同浓度(1 M、7 M)的基于 ZnCl2 的 DMSO/H2O 电解质的 AZMBs 的电化学行为进行了研究。在具有高浓度电解质的对称和不对称电池中,Zn 负极的电化学稳定性/可逆性低于具有低浓度电解质的电池,这与常规的高浓盐稳定锌负极的现象相反。进一步研究高低浓度电解质的溶剂化结构发现,在1 M电解质中Zn2+溶剂化壳层中的 DMSO 成分比高浓度电解质中的多,从而使 SEI 中的有机成分更高。从低浓度电解质中分解形成的SEI的刚性无机和柔性有机成分可改善锌金属负极和相应电池的循环和可逆性。本工作解构了不稳定的锌-电解质界面是影响电池电化学性能的关键因素,而非电解质的表观浓度,它使本体电解质和电极的稳定性变得复杂。该项工作强调在AZMBs中并不是所有的高浓度电解质都能够构筑好的SEI和提高电池的电化学性能。在未来的研究中,AZMBs中SEI的构筑应该得到更多的关注。
论文信息 Anomalous Inferior Zn Anode in High-Concentration Electrolyte: Leveraging Solid-Electrolyte-Interface for Stabilized Cycling of Aqueous Zn-Metal Batteries Yalan Guo, Zhengang Li, Yulin Min, Xin Wang ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202300311