支春义教授锌电最新研究，双溶剂电解质实现高性能电池

　　文章摘要
　　将无机微晶引入固体电解质界面（SEI）是提高锌金属负极（ZMA）可逆性的有效策略。然而，SEI的结构性能关系尚未完全了解，因为其原始状态下无机和有机成分的存在形式尚未得到解决。在这里，香港城市大学支春义教授南方科技大学BingHan团队使用双溶剂电解质为ZMA构建了高效的SEI，并通过低温透射电子显微镜解析了它的组成结构。这种具有均匀分布在有机基质中的无定形无机ZnFx的高度氟化SEI与具有结晶无机物的普通镶嵌和多层SEI有很大不同。它具有改进的结构完整性、机械韧性和Zn2离子电导率。因此，ZMA表现出出色的可逆性，电镀剥离库仑效率提高到99。8。基于ZMA的全电池在3。2mAhcm2的实际面积容量下实现了54的高锌利用率，并且在1800小时内稳定循环，累积容量达到5600mAhcm2。这项研究重点介绍了用于高度可逆金属阳极的非晶SEI的详细结构和组成。
　　这一研究以RegulatingInorganicandOrganicComponentstoBuildAmorphousZnFxEnrichedSolidelectrolyteInterphaseforHighlyReversibleZnMetalChemistry（调节无机和有机成分以构建非晶ZnFx富集固体电解质界面实现高度可逆的锌金属化学）为标题发表在国际期刊《AdvancedMaterials》上，香港城市大学支春义教授南方科技大学BingHan为共同通讯作者。
　　图文速递
　　图1：锌金属阳极（ZMA）在不同电解质中的电化学性能
　　（ac）ZnCu非对称电池在低浓度电解质（LCE，1MZnOTF）、高浓度电解质（HCE，4MZnOTF）和双溶剂电解质（SiBE，1MZnOTF）中循环时的恒流充放电曲线。（d）在LCE和SiBE中在3mAcm2和3mAhcm2条件下的镀锌剥离库仑效率。（e）在初始状态和20和50个周期后使用SiBE的对称Zn电池的Nyquist图。（f）扫描速率为1mVs1时在LCE和SiBE中的LSV测量。插图：阴极电位极值附近的放大区域。（g）对称锌电池在电流密度为1mAcm2和1mAhcm2时第21个周期的析气情况。
　　图2：LCE和SiBE中形成的无机有机SEI组分的横向和纵向分析
　　（a）（b）分别为LCE和SiBE中沉积Zn表面的三维地形AFM图像，（c）（d）分别为LCE和SiBE外表面SEI的力学模量分布。c、d的比例尺为2m。（e）分别在LCE和SiBE中循环的Zn电极上SEIs的表面FTIR和（f）Raman光谱。ZnFx指纹峰在2438cm1处对应的面积分布如图2f所示，其中（g）和（h）分别对应SiBE和LCE中ZnFx指纹峰的面积分布。g和h的比例尺为5m，在2438cm1处的峰值强度被归一化色条反映。（i）（n）080nm刻蚀过程的XPS结果及相应的原子浓度变化，其中（i），（j），（k）对应LCE中的ZMA，（l），（m），（n）对应SiBE中的ZMA。
　　图3：Zn沉积形态及SEI的低温TEM和低温EELS分析
　　在（a，b）LCE和（c，d）SiBE中分别沉积了Zn（4mAhcm2）的表面和截面形貌。（e）沉积Zn的低温TEM，将蓝色矩形区域的SEI区域进一步放大，根据顶部和底部区域的FFT结果分析非晶形态。（f）低温HAADFSTEM图像和相应的F、C和Zn元素的低温EELS元素图。（gi）F、C和Zn元素的低温EELS光谱。比例尺：a和c波段为20m，d波段为10m（插图为1m），e波段为5m。
　　图4：SEI在不同电解质中的结构示意图及形成途径
　　图5：全电池的电化学性能
　　（a）分别使用LCE和SiBE的全ZnZnVO电池循环性能。使用LCE的全电池的短路用虚线圈标记。第1645个循环时容量（库仑效率）突然下降的原因是由于电池测试系统的断电和重接。（b）长循环时ZMA累积容量的性能比较。（c）使用SiBE的全ZnZnVO电池在速率从1C到6C下的速率性能。（d）GCD曲线。（e）全ZnZnVO软包电池，比例尺为1cm。（f）软包电池在6C下运行的循环稳定性。
　　研究结论
　　本文提出了一种简便有效的双溶剂策略，可原位构建无定形SEI，并赋予高度可逆的ZMA化学。通过应用超低剂量低温TEM和超低剂量低温EELS进行直接原子尺度显示，揭示了富含ZnFx的非晶态SEI具有优异的机械韧性和Zn2离子导电性。这些有利于ZMAs可逆性的特性被归结为各向同性无定形SEI，这与常见的由无机晶相衍生的具有各向异性性质的镶嵌和多层SEI有很大不同。
　　此外，提出了由THF分解得到的SEI有机组分促进结构完整、分布均匀的无定形无机ZnFx的形成。调节的界面化学使ZMA具有良好的可逆性，具有无枝晶形态并且抑制电解质分解。即使在3。2mAhcm2和5mAcm2的条件下，ZMA在全电池水平上经历了2000次（1800小时）的稳定循环，其中累积阳极容量为5600mAhcm2。通过引入有机组分构建高度无定形的富含ZnFx的无机SEI，为电解质调节开辟了新的途径，以进一步提高锌金属的可逆性，实现实际应用。
　　文献链接
　　RegulatingInorganicandOrganicComponentstoBuildAmorphousZnFxEnrichedSolidelectrolyteInterphaseforHighlyReversibleZnMetalChemistry
　　GuojinLiang，ZijieTang，BingHan，JiaxiongZhu，AoChen，QingLi，ZeChen，ZhaodongHuang，XinliangLi，QiYang，ChunyiZhi
　　https：doi。org10。1002adma。202210051