新策略稳定锌离子电池
据日前在 《储能材料》杂志上发表的研究成果 ，中国科学院合肥物质科学研究院胡林华教授团队通过评估分子最高占据分子轨道(HOMO)能级，提出了一种通用原则，并以此作为关键描述符，用于选择非牺牲性阴离子表面活性剂电解质添加剂来稳定锌负极，实现对锌枝晶生长和副反应的抑制等可持续的调控效果。
“这意味着具有高HOMO能级的阴离子表面活性剂电解质添加剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)可以阻止有害的锌枝晶生长，并使电池更易于充电和重复使用，”团队成员李兆乾博士说。
水性锌离子电池 (AZIB) 因其安全性、可靠性和成本效益而受到广泛关注。严重的锌枝晶生长和严重的副反应已成为 AZIB 广泛商业化的主要障碍。阴离子表面活性剂作为一类典型的非牺牲性添加剂，在冶金中作为镀锌的腐蚀抑制剂和脱酯剂有着悠久的应用历史。因此，选择合适的阴离子表面活性剂添加剂有望从根本上获得高度稳定和可逆的金属阳极。
本研究通过评价HOMO能级，提出并论证了一个通用的描述符来选择用于稳定锌负极的非牺牲型电解液表面活性剂添加剂。选取三种具有非牺牲型行为和不同HOMO能级的典型阴离子表面活性剂分子SDBS、十二烷基磺酸钠(SDS)、对乙基苯磺酸钠(SEBS)作为添加剂，首次研究了HOMO能级对配位和吸附效果的影响。实验和计算结果表明，具有最高HOMO能级的SDBS表现出最强的配位和吸附效果，极大地提高了锌负极的稳定性和可逆性。
李兆乾博士解释说：“该电池在测试中工作了3200多个小时，即使在高功率水平下也是如此，比原来的电解质工作时间长了30倍。”
他们还用不同的材料测试了电池，发现即使经过多次循环，电池仍然运行良好。他们组装的 Zn//Cu 电池在 800 次循环后的平均库仑效率为 98.15%。同时，Zn//NH 4 V 4 O 10 全电池具有长期稳定性，在 8000 次循环后容量保持率为 93.5%。
研究团队表示，该研究为筛选高性能 AZIB 的最佳电解质添加剂提供了一种有前景的策略，并有望应用于其他金属电池。
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