水系锌电池因其安全性高、成本低、环境友好等优点，近年来备受关注。然而，锌负极在受析氢反应（HER）和枝晶生长的影响，导致其库仑效率低下且循环性能较差，严重限制了水系锌电池的发展和应用。构建稳定的固态电解质界面（SEI）是解决这一问题的关键。但是目前水系锌电池SEI的设计仍主要借鉴锂离子电池的策略，其中大多数成膜添加剂和溶剂为非质子化合物。这些非质子化合物具有较低的质子活性，因而本质上不易被还原，难以在水还原之前形成SEI，削弱了SEI的保护作用。 近日，上海理工大学郑时有团队提出了一种新的SEI形成策略——温和质子化学。作者通过热力学计算表明，质子化合物的还原电位与其解离常数（Ka）之间存在对数比例关系，这一关系为筛选合适的 SEI 形成添加剂提供了理论依据。基于此，作者引入温和的质子化合物（2-巯基-1-甲基咪唑，MMI)在锌负极上原位构建SEI。MMI中硫醇基S-H键具有比水O-H键更小的键能，使 MMI 的质子活性略高于水（Ka比水稍大），从而使MMI能够在比析氢电位以上优先还原。
采用铂电极作为工作电极、Ag/AgCl作为参比电极、锌作为对电极进行循环伏安法扫描(CV)，在添加MMI的电解液中，表现出典型的SEI形成峰和HER抑制作用，且SEI的形成电位稍高于HER。而在未添加MMI的电解液中，CV中则仅观察到严重的HER副反应。从锌对称电池的阻抗谱中也能看出，锌负极与MMI接触时，MMI便直接被还原成SEI，造成界面阻抗的显著变化。 红外光谱和X射线光电子能谱表明，MMI还原时发生电催化开环反应生成异硫氰酸酯类物质沉积于锌表面，形成以有机物为主辅于Zn(OH)2的SEI，并且这种SEI具有良好的稳定性。 得益于先于水还原形成的特性，源自MMI的SEI能显著抑制HER等副反应，表现出优良的钝化效果，将锌负极的腐蚀电流降低2个量级。同时，这种SEI还能有效抑制枝晶的形成，促进保形的锌沉积，大幅改善锌负极的可逆性和循环寿命，从而获得性能优良的水系锌电池。该工作开创性地从非质子化学转向质子化学设计SEI的策略，为水系电池界面优化提供了新思路。这一策略还有望进一步推广至其他水系体系，推动高性能水系电池的发展。 论文信息 Enabling Solid-Electrolyte Interphase Formation Prior to Water Reduction in Aqueous Zinc Batteries by Mild Protic Chemistry Dr. Taiqiang Chen, Yunfei Wang, Prof. Xin Li, Prof. Tao Yuan, Prof. Yuepeng Pang, Prof. Shiyou Zheng Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424642
