水系鋅金屬電池（AZMBs）因其資源豐富、體積容量高（5855 mAh cm-3）和適宜的氧化還原電位（-0.76 V vs. 標(biāo)準(zhǔn)氫電極）而受到廣泛關(guān)注。然而，水作為溶劑會引發(fā)鋅負(fù)極界面的副反應(yīng)，導(dǎo)致寬pH值電解液中的可逆性差和壽命短。

在此，浙江大學(xué)陸俊團(tuán)隊(duì)通過NADS（萘二磺酸鈉）的異構(gòu)體研究了功能性官能團(tuán)排列對鋅負(fù)極的影響，并探索了在寬pH值電解液中增強(qiáng)AZMBs性能的添加劑規(guī)律性。研究顯示，NADS通過改變Zn2+與水的配位來減少氫氣析出反應(yīng)，并形成單分子層以加速Zn2+的還原動力學(xué)。基于此，組裝的對稱電池和全電池在寬pH值電解液中展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。

圖1. ZS和ZS-26 NADS電解液中鋅負(fù)極的表面特性和分子層面的吸收機(jī)制 總之，該工作通過使用26 NADS作為添加劑，可以在寬pH值電解液中構(gòu)建穩(wěn)定的鋅負(fù)極，從而顯著提高水系鋅金屬電池（AZMBs）的電化學(xué)性能。 研究顯示，26 NADS利用其兩端的捕獲功能減緩了濃度梯度，并加速了Zn2+的電化學(xué)還原動力學(xué)，抑制了鋅負(fù)極的枝晶生長和氫氣析出反應(yīng)。此外，26 NADS在鋅負(fù)極表面形成的分子層能夠防止[Zn(OH)4]2-在堿性電解液中過度局部飽和，從而提高了鋅負(fù)極的熱力學(xué)穩(wěn)定性。 基于此，使用26 NADS的Zn||Zn對稱電池展示出長達(dá)7200小時的超長循環(huán)壽命，Zn||MnO2全電池在5 A g-1的電流密度下維持了超過13000個循環(huán)的穩(wěn)定性能。Zn||AC電容器在3 A g-1的電流密度下能夠運(yùn)行260000個循環(huán)，顯示了卓越的長期循環(huán)性能。 因此，該工作為合理設(shè)計和選擇在寬pH值電解液中實(shí)際應(yīng)用的高效添加劑提供了理論和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

圖2. 使用26 NADS添加劑的全電池性能 Interfacial Regulation via Configuration Screening of Disodium Naphthalenedisulfonate Additive Enabled High-Performance Wide-pH Zn-based Batteries, Energy & Environmental Science 2024 DOI: 10.1039/d4ee04212c