绿色可持续氢键锚定溶剂：实现稳定的 aqueous Zn 电池
材料科学
2025-12-18 v1
摘要
aqueous锌( Zn) 电池具有诸多优势，包括高理论容量、低还原电位以及锌在地球壳中丰富的储量。然而，这些优势常因严重副反应和树枝状生长而受到影响，限制了其实际应用。为缓解这些缺点，许多研究致力于高浓度电解液，以从水中脱附 Zn²+ 的溶剂壳并减少游离水的含量。本研究提出了一种方法，旨在实现高浓度电解液的优势，同时使用低盐浓度。引入 5-甲基-2-吡咯啉(5MP)作为一种安全且极性强的共溶剂，通过氢键与自由水分子结合，其酮基和次亚胺基使其具有锚定自由水的能力。此外，通过添加含有 chaotropic 离子的共盐，可破坏水网络，从而实现高性能的 aqueous Zn 电池。在对称 Zn 电池中，锚定水分子与破坏整个水网络之间的协同作用被证明是提高 Zn 电池整体性能的有效策略，其寿命分别超过 2000 小时和 1400 小时分别对应 1 C 和 5 C 电流密度。通过分析回收的 Zn 阳极确认，5MP 与 chaotropic 离子的组合使 Zn 沉积沿能量最佳的 (002) 平面，且通过原位拉曼光谱未观察到表面脱水现象。进一步的长期稳定性测试使用富碳基 COF 和 NaVO 基正极在 various current densities 下进一步证明了这一方法的优势。这一工作展示了稀释电解液结合 5MP 和 chaotropic 离子的普适性，弥合了实验室研究与实际应用之间的差距。
引用
@article{arxiv.2512.15152,
title = {Green and Sustainable Hydrogen-Anchored Solvent Enabling Stable Aqueous Zn Batteries},
author = {I. Al Kathemi and J. Caroni and T. Dehne and M. Souto and M. Antonietti and R. Bouchal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.15152},
year = {2025}
}