用于可持續(xù)固定存儲的水系鋅金屬電池的發(fā)展受到了兩大挑戰(zhàn)的阻礙：（1）通過抑制偶然的質(zhì)子共插和溶解，在氧化物正極實現(xiàn)主要的鋅離子（去）插層，以及（2）同時克服負(fù)極鋅枝晶生長引發(fā)的寄生電解液反應(yīng)。

圖1 混合共晶電解質(zhì)的電解質(zhì)網(wǎng)絡(luò)

滑鐵盧大學(xué)Linda F. Nazar、阿貢國家實驗室Kristin A. Persson等利用原位/非原位技術(shù)揭示了典型的氧化物正極的Zn²⁺與質(zhì)子插層化學(xué)的競爭，并通過開發(fā)一種具有成本效益和不易燃的混合共晶電解質(zhì)來緩解副反應(yīng)。

具體而言，這項工作采用一種基于硫酸鹽的混合共晶電解質(zhì)有效地抑制了有害的質(zhì)子插層和正極溶解。這要?dú)w功于一個強(qiáng)烈的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，它減輕了水的活性。此外，一個完全水合的Zn²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)被揭示出來，并促進(jìn)了界面電荷轉(zhuǎn)移。

圖2 無枝晶和高可逆的Zn沉積/剝離

結(jié)果，在商業(yè)相關(guān)的4 mAh cm^-2的面積容量下，實現(xiàn)了無枝晶的Zn沉積/剝離，并具有99.8%的超高平均庫侖效率，在8 mAh cm^-2時壽命可達(dá)1600小時。

此外，通過在兩個電極上同時穩(wěn)定鋅的氧化還原作用，這里實現(xiàn)了鋅離子電池性能的新記錄，即4 mAh cm_-2的無負(fù)極電池在25℃下100次循環(huán)后保持了85%的容量。使用這種共晶設(shè)計的電解液，進(jìn)一步實現(xiàn)了鋅-碘全電池，其在2500次循環(huán)后保持了86%的容量。總之，該方法代表了一個長期儲能的新途徑。

圖3 實用全電池的電化學(xué)性能

Enabling selective zinc-ion intercalation by a eutectic electrolyte for practical anodeless zinc batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38460-2