通过卤素阴离子诱导的特异性吸附实现界面工程，以调控锌金属阳极的沉积动力学

《ChemSusChem》：Interfacial Engineering via Halide Anion Derived Specific Adsorption Toward Regulated Deposition Kinetics for Zn Metal Anodes

锌离子电池通过卤化物离子液体在锌表面构建化学吸附层，有效解决枝晶生长和界面副反应问题，降低脱溶剂化势垒，抑制析氢腐蚀，实现超长循环寿命和高库伦效率。

　　

摘要

水基可充电锌离子电池在大规模能量存储方面具有吸引力，但存在锌（Zn）枝晶生长以及锌/电解质界面处由水引发的寄生反应等问题。为了解决传统基于弱相互作用添加剂工程方法所形成的界面层的不稳定性，本文提出了一种以特定吸附为主导的策略来稳定锌阳极。通过锌表面原子与阴离子孤对之间的相互作用，卤化物阴离子与锌原子形成短程表面键，并部分电荷转移至锌原子，从而在内部亥姆霍兹平面内形成部分共价的锌-卤化物化学吸附层。与非特异性且吸附力弱的层相比，这种化学吸附层具有更强的内聚力和抗扰动能力，能够实现长期的界面保护。由此产生的界面层降低了锌离子（Zn²⁺）的脱溶剂化能垒，提高了界面反应动力学，同时构建了一个缺水的界面，抑制了氢气的产生。结果表明，使用含卤化物电解质的锌/锌（Zn//Zn）对称电池在1.0 mA cm^-2/1.0 mAh cm^-2的电流密度下可稳定运行超过4900小时，累计放电容量达到2.45 Ah cm^-2；而锌/铜（Zn//Cu）电池的平均库仑效率（CE）为99.7%。当与NaV₃O₈·1.5H₂O（NVO）正极配对使用时，全电池的性能进一步提升，循环寿命也更长，这证实了卤化物-阴离子化学吸附是一种高效且可推广的用于高可逆性锌阳极的策略。

图形摘要

含卤化物的离子液体（ILs）被用于在锌（Zn）表面构建强化学吸附的碘离子（I^?）界面，从而制备出高性能的水基锌离子电池（AZIBs）。这种化学吸附的锌-碘离子层降低了锌离子的脱溶剂化能垒，抑制了氢气的产生和腐蚀，并促进了锌的致密沉积，使得锌/锌（Zn//Zn）、锌/铜（Zn//Cu）以及锌/NaV₃O₈·1.5H₂O（NVO）全电池具有超长的循环寿命和较高的库仑效率（CE）。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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