憑借內在安全性和潛在的成本優勢，可充水系鋅電池在下一代儲能技術的候選者中脫穎而出。然而，鋅負極的適度可逆性是水系鋅離子電池長期面臨的難題，這促使人們不斷探索合適的電解液添加劑。要想獲得穩定的鋅負極，就必須在多種界面反應中確立平滑沉積的絕對優勢，包括抑制副寄生反應和促進鋅沉積過程。
近日，南京大學周豪慎教授、郭少華副教授受海藻糖在維持生物穩定性方面機制的啟發，首次報道了海藻糖（THL）在電解液改性中的跨學科應用。基于熱力學和反應動力學原理，作者研究了海藻糖在抑制析氫反應和加速鋅沉積中的關鍵作用。研究發現，由于添加了海藻糖，晶面定向沉積解鎖，電沉積從片狀隨機堆積變為(002)面暴露的致密塊狀沉積。因此，獲得了高度可逆的鋅負極，在鋅/銅電池中實現了高達99.8%的平均CE值，在鋅對稱電池中，在9.0%的放電深度下可穩定循環1500小時。該研究的設計原理和機理分析可為探索先進鋅負極的新型添加劑提供啟發。
文章要點：
1. 這項工作通過擴展微生物學中的自我防御機制，探索了海藻糖在電解液調節中的應用。作者詳細研究了海藻糖在改善鋅負極可逆性方面的多重作用，包括氫鍵斷裂劑、溶劑化調節劑和界面反應促進劑。
2. 從熱力學角度看，由于海藻糖具有豐富的氫鍵位點和較強的Zn2+捕獲能力，它不僅能破壞H2O的氫鍵網絡以降低其還原活性，還能削弱Zn2+的溶劑化環境以實現無毒脫溶。
3. 從動態角度看，海藻糖分子的界面吸附層還充當了Zn2+脫溶劑化的助手，提供了均勻、高效的鋅離子供應，從而促進了有限的鋅沉積/剝離動力學。
4. 受益于上述優勢，實現了具有良好可逆性的平面鋅沉積，在鋅/銅電池中的平均CE值高達99.8%，鋅對稱電池可穩定循環1500小時（DOD為9.0%）。
5. 采用貧電解液時，海藻糖還提高了電池的倍率性能和循環穩定性。在使用ZVO正極的全電池中，海藻糖添加劑的可用性也得到了證實，其倍率性能得到了改善，并且在2000次循環中保持了較高的穩定性。
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