基于双分子协同化学的混合电解质实现高循环稳定性无隔膜锌溴电池

本文创新性地提出了一种基于山梨醇-葡萄糖酸盐复合物的双分子协同电解质策略，通过范德华力调控实现了锌沉积形貌调控和电解液溶剂化结构重构。该设计使Zn//Zn对称电池在10 mA/cm2下获得585小时超长循环稳定性，无隔膜Zn-Br2电池实现4300次循环（1600小时）和96.2%库伦效率，为低成本、高性能锌基电池开发提供了新思路。

　　

Highlight

本研究利用葡萄糖酸阴离子和糖醇的分子结构特征，通过双分子协同效应共同改变Zn²⁺电解液的溶剂化结构。实验与模拟结果表明：在溶液中，GI阴离子和Et分子通过范德华力锁定形成超分子复合物。

设计思路

水系锌离子电池具有低成本和高能量密度优势，但水相电解液不可避免会引发H₂O衍生的界面副反应，特别是电极表面的析氢反应(HER)。锌枝晶和"死锌"的形成严重影响长期循环稳定性和库伦效率。

化学与材料

溴化锌(ZnBr₂,99%)、葡萄糖酸锌(ZG,99%)和赤藓糖醇(Et,99%)购自麦克林化学公司。四丁基溴化铵(TTAB)和二氯甲烷(CH₂Cl₂)购自阿拉丁生化科技公司。

结论

通过葡萄糖酸阴离子和赤藓糖醇分子的协同作用，在电解液环境中共同改变了Zn²⁺的溶剂化结构。这种动态自适应的范德华键合复合物维持了稳定的电极-电解质界面，为无膜锌电池系统提供了创新解决方案。