氮杂环咪唑离子液体用于水系锌离子电池负极无枝晶保护

根据可持续发展的需要以及更好地去实现碳达峰、碳中和,水系锌离子电池由于其安全可靠、成本低及离子电导率高等特点逐渐进入人们的视线。相比于传统的锂离子电池,可充电的水系锌离子电池具有很高的安全稳定性,同时,锌金属资源丰富、理论容量(820 mA·h/g)高、氧化还原电位(-0.762 V(vs.SHE))低,这也缓解了金属锂的资源压力。但是,电解质中的活性水会严重腐蚀锌负极,发生析氢反应(HER),并产生羟基硫酸锌(ZHS)等副产物以及引起枝晶生长,从而使电池循环性能大大降低,达不到储能要求。结果表明,通过离子液体添加剂优化水系锌离子电解液,实现了循环过程中无枝晶的锌负极,其中氯化1-氰丁基-3-甲基咪唑(MCBI)添加剂在最佳添加浓度条件下,Zn//Cu半电池200圈库伦效率可达99.37%,Zn//Zn对称电池在小电流密度下可稳定循环1600 h以上,即使在10 mA/cm^(2)、5 mA·h/cm^(2)下也能稳定循环1000 h以上;全电池循环500次后依旧有88.5%的高容量保持率。这项工作解决了水系锌离子电池枝晶问题,并在优化电解质体系方面提供了一个全新的视角。