水系Zn电池具有成本低、能量密度高等优点，是一种很有前途的大规模储能装置。然而，其寿命受到水分解和锌枝晶生长的严重限制。

近日，马里兰大学王春生教授报道了通过在ZnCl₂−H₂O中加入二甲基亚砜（DMSO），成功抑制了稀水电解液中的水还原反应和Zn枝晶生长。

文章要点

1）由于DMSO的Gutmann供体数（29.8）比H₂O （18）高，使得DMSO取代了H₂O在ZN²⁺中的溶剂化鞘层。DMSO与Zn²⁺的优先溶剂化和强的H₂O−DMSO相互作用抑制了溶剂化H₂O的分解。此外，溶剂化DMSO的分解还形成了Zn₁₂(SO₄)₃Cl₃(OH)₁₅·5H₂O、ZnSO₃和富ZnS固体电解质界面(SEI)，阻止了Zn枝晶的形成，进一步抑制了水的分解。

2）实验结果显示，ZnCl₂−H₂O−DMSO电解液使Zn||Ti半电池中的Zn负极在400次循环（400h）下实现了99.5%的高平均库仑效率。此外，低容量比（2：1）的Zn||MnO₂全电池具有212 Wh/kg的高能量密度（基于正极和负极），以及在8 C下，500次循环的容量保持率达到95.3%。

参考文献：

Longsheng Cao, et al, Solvation Structure Design for Aqueous Zn Metal Batteries, J. Am. Chem. Soc, 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c09794

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c09794