一种具有明显疏水性的水系电解质溶液结构

研究速读

水系锌金属电池的可充电性受到锌金属阳极的副反应和有害形态的困扰。为了提高锌金属的可逆性，美国陆军研究实验许康研究员&加州大学忻获麟&加州理工学院 Ruoqian Li 团队报告了一种新的水系电解质溶液结构，具有明显的疏水性和清除羟基离子的特性。

研究表明，虽然疏水性对于水系统来说听起来违反直觉，但亲水部分可以封装在疏水外层内，并且可以通过添加亲阳离子、强阴离子疏和 OH− 活性抑制剂来产生疏水阳极-电解质界面。

局部疏水性使锌负极表面活性水减少，吸附水减少，从而抑制了水参与副反应的可能性；而羟基离子清除功能进一步减少了不希望的钝化层形成，从而导致锌电池具有优异的可逆性(1000 次循环的平均锌电镀/剥离效率为 99.72%)和寿命(5000 次循环后容量保持率为 80.6%)。 



▲作者展示了“疏水水系电解质”的概念，这可以通过引入具有亲阳离子和强阴离子疏水特性的“非传统”稀释剂来局部实现。

在这种新的溶剂化结构中，稀释剂分子优先与锌阳离子结合(亲阳离子)，失去水结合能力(疏水)，并排斥阴离子(阴离子疏水)，这不仅使阳离子穿梭的水去极化，而且允许亲水溶剂化区域被封装在疏水外壳内。满足“非传统”稀释剂标准，二甲基甲酰胺 (DMF) 被确定为硫酸锌电解质的稀释剂。

由于 Zn 在其表面上更喜欢 DMF 单体而不是水单体，因此游离水将在很大程度上被排除在 Zn 表面之外，减少了涉及水的副反应。更有趣的是，DMF 分子可以与羟基离子反应而不会引入不需要的 SEI 层，这进一步减少了表面钝化并实现了平滑的 Zn 电镀形态。

审核编辑：刘清