功能性有機(jī)鋅螯合物，無(wú)枝晶的鋅負(fù)極

水系鋅金屬電池由于嚴(yán)重的水腐蝕和枝晶生長(zhǎng)，導(dǎo)致電池快速循環(huán)降解。

為解決這些問題，中南大學(xué)Yuejiao Chen，Libao Chen在鋅（Zn）金屬表面設(shè)計(jì)了一種具有良好親鋅性能和特殊納米級(jí)三維（3D）顆粒結(jié)構(gòu)的高抗水性Znx-二乙烯三胺五(亞甲基膦酸)界面層。

1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合理論分析和COMSOL模擬結(jié)果表明，這種鋅基有機(jī)配合物中的疏水基團(tuán)是防止H2O對(duì)Zn負(fù)極表面進(jìn)行破壞的決定性因素。同時(shí)，亞甲基膦酸基與鋅的相互作用形成大量的鋅離子吸引位，為鋅離子的快速吸附和遷移提供了離子通道。而表面發(fā)達(dá)的納米顆粒結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鋅離子通量重新分布，表面Zn沉積均勻致密。

2）在協(xié)同作用下，這種修飾的Zn負(fù)極具有長(zhǎng)達(dá)1300 h的循環(huán)壽命，在5 mA cm?2處有較低的極化電壓。此外，研究人員還展示了基于該負(fù)極組裝的全電池池（包括Zn//V2O5和Zn//MnO2電池）。

該工作通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和在表面構(gòu)建保護(hù)層兩個(gè)概念的結(jié)合，提供了一條簡(jiǎn)單、低成本、高效的途徑來(lái)制備高性能的鋅負(fù)極，從而為蓬勃發(fā)展的水系鋅金屬電池提供了一條途徑。

有機(jī)電極材料緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，限制了水系鋅有機(jī)電池性能的進(jìn)一步提升。鑒于此，長(zhǎng)春應(yīng)化所的張新波課題組，合成了一種帶有惰性羥基的Z折疊羥基聚合物聚四氟氫醌（PTFHQ），該聚合物可以通過原位活化過程部分氧化為活性羰基，然后進(jìn)行Zn2+的儲(chǔ)存/釋放。在活化的PTFHQ中，羥基和S原子擴(kuò)大了電化學(xué)活性羰基附近的電負(fù)性區(qū)域，增強(qiáng)了其電化學(xué)活性。同時(shí)，殘留的羥基可以充當(dāng)親水基團(tuán)，增強(qiáng)電解液的潤(rùn)濕性，同時(shí)保證電解液中聚合物鏈的穩(wěn)定性。此外，PTFHQ的Z折疊結(jié)構(gòu)在與Zn2+的可逆結(jié)合和快速離子擴(kuò)散中發(fā)揮著重要作用。所有這些優(yōu)點(diǎn)使得活化的PTFHQ在0.1 A g-1下表現(xiàn)出215 mAh g-1的高比容量，超過3400次穩(wěn)定循環(huán)，且容量保持率為92%，即使在20 A g-1下，都展現(xiàn)出196 mAh g-1的出色倍率能力。