发展安全环保、低成本、高性能的储能系统是实现“双碳”目标和可持续发展的关键。水系锌离子电池(ZIBs)由于其固有的安全性、低成本和环境友好性,被认为是极具潜力的下一代储能技术。然而,锌负极枝晶生长、腐蚀和析氢等问题严重阻碍了水系ZIBs的实际应用。目前,改善锌负极稳定性的策略大多集中于负极改性,较少关注正负极界面的协同调控。 清华大学深圳国际研究生院康飞宇教授团队提出了一种全新的策略,利用二乙烯三胺五乙酸钠盐 (DTPA-Na) 作为电解液添加剂,在锌负极和MnOOH正极上分别构建了稳定的固态电解质界面(SEI)和正极电解质界面(CEI)。 该策略的独特之处在于DTPA-Na的双功能性:一方面,DTPA-Na能够调控锌离子的溶剂化结构,并优先在锌负极表面还原,形成多层结构的SEI,从而有效抑制界面副反应,促进均匀的锌沉积,抑制枝晶生长;另一方面,DTPA-Na可以与正极溶解的Mn2+发生络合反应,在正极表面形成Mn-DTPA络合物CEI,有效抑制活性物质溶解和副反应发生,从而提高电池的循环寿命和抑制自放电现象。
图:DTPA-Na 协同构建 SEI/CEI,提升锌离子电池性能。 通过一系列表征手段和电化学测试,该团队证实了DTPA-Na在负极和正极分别构建了稳定的SEI和CEI。修饰后的 Zn//MnOOH 全电池表现出优异的电化学性能,循环寿命超过5000次,自放电720小时后容量保持率高达98.61%,显著优于未改性的电池体系。 该研究提出了一种通过电解液添加剂协同构建SEI/CEI来提升ZIBs性能的新策略,为设计高性能水系ZIBs迈向实用化提供了重要借鉴。 图注:DTPA-Na添加剂通过在锌负极形成SEI和在MnOOH正极形成CEI来提高水系ZIBs的性能。 论文信息 Transforming Zinc-Ion Batteries with DTPA-Na: A Synergistic SEI and CEI Engineering Approach for Exceptional Cycling Stability and Self-Discharge Inhibition Yongfeng Huang, Hao Yan, Wenbao Liu, Feiyu Kang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202409642