霍克蓄电池以碳酸亚乙酯为电解液添加剂的锌金属电池改性研究
水系锌离子电池在储能系统中的应用受到锌负极与电解质界面处锌枝晶不可控生长和严重寄生副反应等问题的制约。研究发现，添加碳酸亚乙酯（EC）作为电解液添加剂可调控电解液的氢键网络，从而降低水活度并抑制锌负极的析氢反应诱导腐蚀。此外，在1 mA cm<sup>-2</sup>电流密度和1 mAh cm<sup>-2</sup>容量条件下−2推荐文献−2锌对称电池表现出优异的循环稳定性，在920小时内保持稳定工作。在全电池构型评估中，所制备的锌-聚苯胺电池展现出卓越的循环性能，在1 A g−1的电流密度下稳定运行2500次循环。本研究阐明了关键原理，证实了基于电解液添加剂的商业化应用潜力，为开发高效、长寿命的水系锌离子电池系统提供了理论依据。
引言
高能量密度可充电锂电池在便携式电子设备至电动汽车等广泛应用领域需求旺盛。近年来，锂离子电池（LIBs）已展现出显著优势，包括高能量密度、低自放电率以及无记忆效应，使其在当前储能市场占据主导地位。然而，锂资源储量有限、成本高昂以及有机电解质的可燃性等挑战，阻碍了其长期可持续性及大规模应用[[1], [2], [3], [4], [5]]。为解决这些局限性，研究人员正积极探索基于碱金属的替代电荷载体，以开发具有成本效益的非锂可充电电池技术。其中，高能量密度可充电锌电池因其在便携式电子产品、电动汽车和大规模储能系统中的广阔应用前景而备受关注[[6], [7], [8], [9], [10]]。采用水系电解质的水系电池在安全性、环境相容性和低制造成本方面具有显著优势，使其适用于新能源汽车、消费电子产品和电网级储能领域。水系电池的关键组件包括正极材料、负极材料、电解质和隔膜。尽管具有良好的应用前景，水系电池仍面临电极副反应和循环稳定性不足等技术挑战。为攻克这些难题，研究者已开发出多种先进水系电池体系，包括混合金属电池和单金属电池（如钠基、锂基和锌基电池）[[11], [12], [13], [14], [15]]。随着技术持续进步，水系电池有望在未来储能解决方案中发挥重要作用。
近年来，锌离子电池因其环境相容性、成本效益和高理论性能，已成为一种极具前景的水系储能技术。锌负极具有820 mAh g<sup>-1</sup>的高理论容量。−1以及-0.76V（相对于标准氢电极）的低氧化还原电位，这为大规模储能应用提供了显著优势[[16], [17], [18], [19], [20]]。然而，有限的循环寿命和较低的库仑效率等关键挑战阻碍了其实际应用。这些问题主要源于电极/电解质界面的副反应以及锌枝晶的无控生长。具体而言，持续的枝晶生长会加剧"尖端效应"，可能导致隔膜穿孔或内部短路。此外，水系电解液中发生的析氢反应(HER)可能引发安全隐患，包括电池膨胀和压力积聚[[21], [22], [23], [24], [25]]。为解决这些问题，研究者已探索多种策略，包括构建人工界面层、优化阳极结构以及电解质工程[[26], [27], [28], [29], [30]]。其中，通过功能性添加剂进行电解质改性被证明是最直接有效的方法之一。通过合理设计添加剂，可显著提升锌阳极界面的稳定性[[31], [32], [33], [34], [35]]。从机理角度而言，界面稳定性主要由两个关键因素决定：锌的溶剂化结构2+锌离子及其在电极表面的沉积行为。因此，重构锌的溶剂化鞘层2+以抑制副反应并促进锌的均匀沉积，可能成为实现锌基电池长循环稳定性的关键策略。
本文中，我们向ZnSO<sub>4</sub>水溶液添加了多功能添加剂碳酸亚乙酯（EC），并系统探究了其对锌金属负极的调控作用。EC分子通过两个氰基与H<sub>2</sub>O形成弱氢键，显著抑制了水的活性。4此外，SN在锌盐中的高溶解度也利于其在电解液中的应用。因此，Zn||Zn对称电池在1 mA cm<sup>-2</sup>电流密度下实现了接近920小时的超长循环寿命。2进一步地，采用ZnSO−2/EC电解液展现出优异的循环性能，即使在1 A g<sup>-1</sup>的电流密度下经历2500次充放电循环后仍保持较高的容量保持率。4本工作中采用EC电解液添加剂，旨在推动高性能水系锌离子电池（AZIBs）储能系统的发展。−1. In this work, EC electrolyte additives are used to promote the development of AZIBs high-performance aqueous-based energy storage systems.
