锌离子电池的实际应用面临着传统电解质中枝晶生长、副反应和阴极溶解等挑战。在这里，开发了一种高导电性和动态离子筛选的电解质，同时提高锌金属的可逆性和抑制阴极溶解。在电极/电解质界面上，通过半径为3.69 Å的多个旋烷环实现了动态屏蔽，选择性地促进了[Zn(H₂O)₆]²⁺和Zn^{2 +}在阳极和阴极表面的电镀/剥离和插入/提取过程。作为概念证明，Zn//Zn对称电池提供了超过6,800 h的卓越循环稳定性和1.95 Ah cm⁻²的超高累积镀容量。锌/Na₂Mn₃O₇电池具有良好的循环性能，循环4000次后容量保持率为82.7%，组装后的袋状电池具有良好的稳定性和耐用性。这项工作为开发旨在提高水性电池界面稳定性的电解质提供了有价值的见解
 

图1. 与传统的ZnSO₄电解质相比，设计的HCDISE的强化机理示意图。
 

图2. a) MD模拟得到的HCDISE三维图像和相应的Zn²⁺溶剂化结构。b)在HCDISE的MD模拟中收集的RDF和c) Zn²⁺-O的配位数。d)不同HDP浓度下ZnSO₄的²H NMR谱和e) FTIR谱。f)不同EHS浓度下ZnSO₄的²H NMR谱和g) FTIR谱。h) Zn-H₂O、Zn-EHS、Zn-HDP、H₂O-EHS和H₂O-HDP的结合能及其结构。i) [Zn(H₂O)₆]²⁺和[Zn(H₂O)₅EHS]²⁺分子的静电势图。
 

图3. a) HDP、EHS和H₂O分子的LUMO、HOMO等表面。b) Zn-H₂O、Zn-EHS、Zn-HDP的吸附能。c)原始和EHS调节的水合离子结构的部分态密度(PDOS)。d)不同电解质接触角试验。e)不同电解质下的Arrhenius曲线和活化能。f) HCDISE的Zn²⁺转移数。
 
 
图4. a) -c)纯ZnSO₄和d) -f)镀30,60和90 min后的HCDISE锌阳极的SEM图像。g) HCDISE的HRTEM图像和SAED图案。h) HCDISE沉积后锌阳极的XRD图谱。i) Zn沉积过程的原位光学显微照片。j)、k)沉积90 min后Zn阳极的LSM图像和相应的表面粗糙度曲线。l)纯ZnSO₄和HCDISE在-150 mV过电位下Zn阳极的时程电流图。插图:Zn^{2 +}扩散和还原过程的类型。
 
 
图5. a)锌阳极在不同电解质中的Tafel腐蚀曲线。b)滴注不同体积KOH溶液后，纯ZnSO₄电解质和HCDISE的pH值。c) Zn/ Ti电池在1 mA cm^-2 /0.5 mA h cm^-2下的CE图和d)不同循环下的相应电压分布图。e)在0.5 ~ 8 mAcm^-2的不同电流密度下，HCDISE和纯ZnSO₄电解质在Zn// Zn对称电池中锌阳极剥离/镀锌电压分布图。f)含HCDISE和纯ZnSO₄电解质的对称电池的Arrhenius曲线。HCDISE和纯ZnSO₄电解液Zn//Zn电池在电流密度为g) 0.5 mA cm^-2 /0.5 mAh cm^-2和h) 1 mA cm^-2 /1 mA cm^-2时剥离/镀锌的电压-时间曲线比较i)本研究实现的循环可逆性与以往研究结果的比较。j) HCDISE中镀锌行为示意图。
 
 
图6. a)纯ZnSO₄和HCDISE对Zn//NMO细胞CV曲线的影响。b)各峰对应的log(i)与log(v)曲线图。c)纯ZnSO₄和d) HCDISE对Zn//NMO电容贡献的比较。e)用纯ZnSO₄和HCDISE制备Zn//NMO的速率性能。f)在电流密度为2 A g^-1时，纯ZnSO₄和HCDISE对Zn//NMO的容量保持。g)本研究取得的绩效与其他ZIBs记录的结果的比较。h)大规模涂覆NMO的Ti箔光学图像。i) Zn/ NMO袋状电池示意图。j)电流密度为50mA g^-1时Zn//NMO袋状电池的容量保持率。k) Zn//NMO袋状电池在初始、串联和并联配置下的电位曲线。
 

图7.a) HDP与NMO的电荷密度差(带有半透明黄色色调的团簇表明电子密度升高，而带有氰色的团簇表明电子密度降低)。b) NMO在纯ZnSO₄和HCDISE中浸泡不同时间后的XRD谱图。c)两种电解质与阴极的接触角。d)第二循环的电压曲线和阴极的非原位XRD图。e) Zn 2p的二维轮廓图f) Mn 2p的XPS光谱。g)电化学过程中Zn²⁺在NMO阴极可逆嵌入/脱嵌的示意图。
 
      相关研究成果由中国科学院深圳先进技术研究院Cuiping Han和Hui-Ming Cheng课题组2024年发表在Angewandte (链接: https://doi.org/10.1002/anie.202412853)上。原文：A Dynamically Ion-Sieved Electrolyte towards Ultralong-Lifespan Zn-Ion Batteries

转自《石墨烯研究》公众号