研究人员揭示稳定锌离子电池的新策略

中国科学院合肥物质科学研究院胡林华教授团队在《储能材料》杂志发表的研究中，提出了评价分子最高占据分子轨道(HOMO)能级的一般原则，并以此作为关键描述符，选择非牺牲性阴离子表面活性剂电解质添加剂来稳定锌负极，实现对锌枝晶生长和副反应的抑制等可持续的调控效果。

水系锌离子电池(AZIB)因其安全性、可靠性和成本效益而受到广泛关注。严重的锌枝晶生长和严重的副反应已成为 AZIB 大规模商业化的主要障碍。

阴离子表面活性剂作为一类典型的非牺牲性添加剂，在冶金领域作为镀锌的缓蚀剂和阻垢剂有着悠久的应用历史。因此，选择合适的阴离子表面活性剂添加剂有望从根本上获得高稳定性和可逆性的金属阳极。

本研究中，研究人员选取了三种典型的具有非牺牲行为且具有不同HOMO能级的阴离子表面活性剂分子作为添加剂，包括十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基磺酸钠(SDS)、对乙基苯磺酸钠(SEBS)，首次研究了HOMO能级对配位和吸附效果的影响。

实验和计算结果表明，SDBS具有最高的HOMO能级，表现出最强的配位和吸附效应，提高了Zn负极的稳定性和可逆性。

研究团队成员李兆乾博士强调，具有高HOMO能级的SDBS “可以阻止有害的锌枝晶生长，使电池的充电和重复使用性能更好”。

研究人员用不同的材料测试了电池，发现即使经过多次循环，电池仍然运行良好。

李说：“该电池在测试中工作了超过 3,200 小时，即使在高功率水平下也是如此，比使用原始电解质的时间长 30 倍。”

研究人员组装的Zn//Cu电池经过800次循环后，平均库仑效率达98.15%。同时，Zn//NH 4 V 4 O 10全电池具有长期稳定性，经过8000次循环后，容量保持率为93.5%。

该研究为筛选高性能AZIBs的最佳电解质添加剂提供了一种有前景的策略，并有望应用于其他金属电池。

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