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水系鋅電池被認為是一種具有成本效益和環境可持續的儲能技術的可行候選方案，但由于臭名昭著的枝晶生長和鋅負極的寄生反應而受到嚴重阻礙。

圖1 NaErF₄@NaYF₄添加劑的獨特持續釋放效果和工作機制示意

南京理工大學傅佳駿、陳濤等受持續釋放策略的啟發，探索了一種膠體電解質策略，即使用NaErF₄@NaYF₄納米晶體作為電解質添加劑，以用于耐用的水系鋅電池。與一次性電解質策略不同，NaErF₄@NaYF₄納米晶體可以在持續釋放的原則下工作，從而延長添加劑的有效時間。

研究顯示，釋放的功能金屬離子優先吸附在突起周圍，產生靜電屏蔽層，抑制枝晶的生長。同時，釋放的氟離子可以參與形成富含ZnF₂的界面層以穩定Zn/電解質界面。此外，光譜分析和理論計算表明，NaErF₄@NaYF₄添加劑可以通過削弱Zn²⁺-H₂O的配位來調節Zn²⁺的溶劑化結構。

圖2 半電池性能

受益于協同溶劑化和界面調節，NaErF₄@NaYF₄修飾的電解質使Zn||Zn對稱電池在3 mA cm^-2和 1 mAh cm^-2的條件下表現出超過2100小時的循環壽命，并使Zn||Ti電池在550次沉積/剝離循環中表現出99.54%的平均CE。當容量增加到5 mAh cm^-2時，對稱電池可以循環420小時以上，在整個循環過程中累積容量達到2100 mAh cm^-2。

此外，即使在N/P比為3的低水平下，改性電解質也賦予了Zn||MnO₂全電池卓越的循環穩定性，在0.5 A g^-1的情況下，經過350次循環后的容量保持率達到了令人稱道的78.4%。作者相信這種納米晶體的持續釋放效果將為開發高性能和耐用的水系鋅電池提供指導。

圖3 全電池性能

Colloid Electrolyte with Weakly Solvated Structure and Optimized Electrode/Electrolyte Interface for Zinc Metal Batteries. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c03638

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傅佳駿/陳濤ACS Nano：持續釋放策略優化鋅電池電極/電解質界面

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