开发长期稳定的水系锌离子电池(ZIB)面临的主要挑战是抑制副反应和锌枝晶生长，这些副反应和枝晶是由电解液中属于Zn²⁺溶剂层的活性水分子分解而产生。

近日，朱拉隆功大学Jiaqian Qin，燕山大学Xinyu Zhang，华中科技大学Yunhui Huang报道了在ZnSO₄（ZSO）水溶液中引入锂镁硅酸盐（LMS）纳米无机材料，形成一种无机胶体电解质（LMS+ZSO），可同时促进可逆镀锌/脱锌行为，抑制副反应。LMS具有独特的三维空间链/片层结构，对水分子具有良好的吸附性能，有望阻止Zn²⁺离子的溶剂化，从而促进Zn²⁺离子在电解液-电极界面的迁移率，提高整体电化学反应活性。

文章要点

1）实验和理论结果表明，水合Zn²⁺在LMS+ZSO电解液中的去溶剂化过程比在ZSO电解液中容易得多，这是因为LMS-H₂O具有较高的吸附能（0.12 eV）和较低的去溶剂化能垒（56.62 kJ mol^-1），表明在LMS+ZSO电解液中水合Zn²⁺具有更佳的负极-电解质动力学。此外，这种胶体电解质（1%LMS+ZSO）不仅保证了与液体电解质（32.5 mS cm⁻²）相同数量级的离子电导率，而且提高了Zn²⁺的迁移数(0.6 1)，起到了保护层的作用。

2）利用这种独特的混合电解液（1%LMS+ZSO），锌||锌对称电池在0.5 mA cm⁻²时寿命可达1000 h，在2.5 mA cm⁻²时寿命可达400 h，分别是ZSO电解液的6.7倍和10.2倍。此外，锌负极上的枝晶、腐蚀、HER等问题也得到了显著的缓解，表明锌负极具有优异的可逆性。更重要的是，通过Zn||V₂O₅全电池，研究人员进一步证实了1%LMS+ZSO电解液的有效性，提高了循环性能（在1 A g⁻¹下1500次循环后，容量保持率为90.2%）。

这一策略不仅为稳定锌负极提供了一种简便、低成本的方法，而且为水合锌离子的去溶剂化过程提供了一种新的见解。

参考文献

Jin Cao, Dongdong Zhang, Yilei Yue, Rungroj Chanajaree, Shanmin Wang, Jiantao Han, Xinyu Zhang, Jiaqian Qin and Yunhui Huang, Regulating Solvation Structure to Stabilize Zinc Anode by Fastening the Free Water  Molecules with an Inorganic Colloidal Electrolyte, Nano Energy, (2021)

DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106839

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106839