建大新闻网讯    近日，我校冶金工程学院博士研究生程帆在国际顶级期刊Energy Storage Materials（《储能材料》，中科院分区：SCI一区Top；最新影响因子：18.9）上在线发表题为“Weakly solvating nonaqueous electrolyte enables Zn anode with long-term stability and ultra-low overpotential”（《弱溶剂化非水电解质使锌负极具有长期稳定性和超低过电位》）的学术论文。西安建筑科技大学为第一完成单位，香港理工大学为合作单位，博士研究生程帆为论文第一作者，方钊教授、张雪峰博士和王帅博士为论文通讯作者。

开发用于锌离子电池(ZIBs)的非水系电解质被认为是解决与水系电解质相关的关键问题的一个有前途的解决方案，包括析氢、副反应和枝晶生长。然而，大多数有机溶剂倾向于通过供体O原子与Zn²⁺形成双齿或多齿的Zn-O强配位结构，这种特殊的配位结构显著阻碍了去溶剂化动力学，导致Zn沉积过程中产生了较高的过电位。一种有前景的策略是使用含氮溶剂来构建具有Zn-N配位的弱溶剂化结构，同时允许高比例的阴离子进入溶剂化鞘层。

作者采用具有宽液程范围 (- 60 ℃~ 198 ℃)、低粘度和低挥发性的1-甲基咪唑 (EMI) 溶剂和具有高溶解度Zn(TFSI)₂盐来构建ZIBs非水系电解质。分子动力学(MD)模拟表明，Zn²⁺ 溶剂化鞘层 (Zn(EMI)_4.99(TFSI)_1.01为热力学稳定结构)，允许高比例的TFSI^–阴离子参与溶剂化结构的形成。基于这种特定的溶剂化结构，在负极表面原位构筑了一种富含ZnF₂, ZnS和ZnN_x的有机-无机杂化双梯度SEI层。在0.5 mA cm^–2的电流密度下，实现了具有20 mV超低过电位和超过7900 h ( ~ 11个月)循环寿命。Zn||Cu非对称电池的平均库伦效率高达99.43 %，这为未来ZIBs非水系电解质的发展提供了一条有前景的途径。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103933

文字、图片：冶金学院