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近日，北京化工大学陈仕谋教授团队在《Energy & Environmental Science》上发表了题为“Engineering Self-adaptive Electric Double Layer on Both Electrodes for High-Performance Zinc Metal Batteries”的研究论文。该工作报道了在电解液中加入两性离子液体（ZIL）添加剂在锌金属电池的负极和正极界面上构造自适应双电层(EDL)的策略。由阳离子和阴离子基团组成的ZIL添加剂可在电场作用下选择性聚集在电极表面，在负极表面形成动态静电屏蔽层，在正极表面形成独特的贫水界面。该EDL能够促进Zn2+均匀沉积，并能缓减正极材料的溶解，进而获得优异的锌离子电池性能。
锌金属电池因其成本低、容量高、环保等优点，成为锂离子电池的替代品，受到广泛关注。然而不可控的锌枝晶生长、析氢反应和腐蚀问题限制了水系锌电池的实际应用。两性离子离子液体含有共价结合的阳离子和阴离子基团，具有结构可设计性，将其引入到锌电池电解液中，有望解决上述难题。经过一系列ZIL的筛选，π-π堆积咪唑阳离子形成的动态静电屏蔽层可以有效抑制枝晶，磺酸根能提供新的Zn2+输运通道。此外，正极上自适应的EDL也显著抑制了正极材料的溶解。因此，EDL优化后，Zn//Zn电池能稳定循环超过3400小时，在高电流密度(10 mA cm-2, 20 mAh cm-2)下，锌利用率高达85%。Zn//NaV3O8·1.5H2O全电池也具有优异的循环稳定性和倍率性能。这项工作为两性离子液体在水系金属电池中的应用提供了重要参考。
该工作第一作者为硕士生吕燕群，陈仕谋教授为通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助。
来源：北京化工大学
文章链接：
https://doi.org/10.1039/D2EE02687B
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