锌二次电池具有成本低、安全性高、环境友好等优点，在大容量储能方面具有广阔的应用前景。然而，由于锌金属负极的严重不可逆性，例如水诱导的副反应（析氢和锌腐蚀）和枝晶生长，其应用受到严重阻碍。

近日，深圳大学Renheng Wang，河北大学Ning Zhang筛选了四种不同疏水性的碳酸酯溶剂(即碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯(DEC))作为助溶剂，通过偶联Zn(CF₃SO₃)₂（Zn(OTf)₂）盐设计了一系列杂化水/疏水有机电解质。具有亲水性−SO₃和疏水−CF₃基团的两亲性OTf−阴离子作为连接剂与H₂O和碳酸盐相互作用，使它们相容。

文章要点

1）研究人员采用X射线吸收精细结构(XAFS)、核磁共振(NMR)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、密度泛函理论(DFT)计算、经典分子动力学模拟(MD)、有限元(FEM)模拟和电化学分析相结合的方法，研究了碳酸酯基溶剂的作用及其对锌稳定性的影响。

2）结果表明，在电解液(2m Zn(OTf)₂，记为Be)中引入疏水性最强的DEC，对水的氢键网络具有最强的阻断作用，并使锌溶剂化鞘中的溶剂化H₂O比率最小化。此外，DEC在锌表面的吸附可以在锌附近形成一层贫水的双电层，引导锌离子均匀沉积。

3）结果表明，优化的2 m Zn(OTf)₂+7mDEC混合电解液显著稳定了锌电极，在5 mA cm⁻²时的高容量(2.5 mA h cm⁻²)下，锌电池的循环寿命可达3500 h以上。此外，含BE+7mDEC的锌电池的循环稳定性明显优于不含DEC的锌电池。

这种具有疏水性助溶剂的有效策略为设计水电池化学物质提供了一个很有前途的方向。

参考文献

Licheng Miao, et al, Aqueous Electrolytes with Hydrophobic Organic Cosolvents for Stabilizing Zinc Metal Anodes, ACS Nano, 2022

DOI：10.1021/acsnano.2c02996

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c02996