陈忠伟院士领衔!山东大学/大化所/太原理工Angew | 揭示电解质阴阳离子相互作用以构建长寿命安时级水系锌金属电池!

水系锌金属电池因其低成本和高安全性，在固定式储能领域极具吸引力。然而，副反应和严重的锌枝晶阻碍了其实际应用

在此，中国科学院大连化物所陈忠伟，山东大学杨剑，太原理工大学柏中朝，中国科学院大连化学物理研究所廖晨伊等人提出了阴/阳离子脱水屏蔽力作为电解质工程的有效指导原则，优先考虑阴阳离子配位结构。

该方法确定了2-乙氧基乙醇溶剂为最佳组分，通过阴离子主导的配位化学增强Zn²⁺扩散动力学并抑制水活性。OTF⁻的优先还原能够形成富含氟的固体电解质界面膜，该界面膜具有高Zn²⁺电导率和优异的机械强度，从而保护锌负极免受副反应和枝晶生长的影响。

因此，所设计的电解质使得对称的Zn||Zn软包电池在苛刻条件（20和10 mAh cm⁻²）下能够实现1500小时的循环，并获得30 Ah cm⁻²的累积容量。更重要的是，安时级软包电池确立了极其优异的耐久性里程碑，在可比的容量范围内保持了1400次循环（4.2个月/3000小时运行），优于大多数已报道的锌金属电池。

图1. 电极界面结构表征

总之，该工作证明了阴/阳离子脱水屏蔽力是实现阴阳离子配位结构的有效电解质工程描述符。所设计的基于2-乙氧基乙醇的电解质极大地改善了Zn²⁺的扩散动力学，并有效限制了水分子的活性。

通过OTF⁻阴离子的选择性还原分解生成了富含氟的固体电解质界面膜，首次通过原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱和电化学原子力显微镜得到了证实，该界面膜表现出提升的Zn²⁺电导率和优异的机械强度。因此，Zn(OTF)₂/2-乙氧基乙醇电解质有效抑制了由水引发的副反应，并实现了均匀的锌沉积/剥离。

结果表明，这种Zn(OTF)₂/2-乙氧基乙醇电解质实现了高度可逆的锌沉积/剥离，在0.5 mA cm⁻²的电流密度下获得了99.96%的高库仑效率和6000次循环的超长寿命（日历时间16.7个月）。使用该电解质的Zn||Zn软包电池表现出优异的循环稳定性，超过1500小时，累积容量达30 Ah cm⁻²。

值得注意的是，工业规模的安时级软包电池实现了1400次循环（4.2个月/3000小时运行）的优异循环性能。这一耐久性指标超越了大多数已报道的同等容量级别的锌基储能系统。

图2. 电池性能

Unveiling Anion‐Cation Interaction of Electrolyte for Long‐Life Ah‐Level Aqueous Zinc Metal Batteries， Angewandte Chemie International Edition 2025 DOI: 10.1002/anie.202519668

杨剑 山东大学 教授 博士生导师 硕士生导师 先后在Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1), Angew. Chem. Int. Ed. (14), J. Am. Chem. Soc. (2), Adv. Mater. (3), Energy Environ. Sci. (2), ACS Nano/Nano Lett.(9), Adv. Energy Mater./Adv. Funct. Mater. (16), Energy Storage Mater./Nano Energy (11), 等知名国际刊物上发表多篇学术论文，累计引用次数1.8万次，H=75。

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