在水系鋅離子電池中，抑制副反應和Zn枝晶生長的一種有效解決方案即在Zn(CF₃SO₃)₂電解質中添加助溶劑，助溶劑有可能形成由ZnF₂和ZnS組成的堅固固體電解質界面。然而，對于便捷的選擇共溶劑的方法，能夠直接反映溶劑與溶質之間的相互作用，從而合理設計電解質的溶劑化結構，目前還缺乏探討。

在此，中南大學李維杰，華南理工大學徐建鐵等人利用logP作為選擇Zn(CF₃SO₃)₂電解質助溶劑的標準，并通過測試七種不同類型予以證明。logP值與鹽陰離子CF₃SO₃^–相似的溶劑可以與CF₃SO₃^–、Zn²⁺和H₂O相互作用，導致電解質溶劑化結構的重建。為了證明這一概念，以乙酸甲酯 (MA) 為例，因為它的 logP 值與 CF₃SO₃^– 相似。

結果表明MA分子不僅進入CF₃SO₃^–的溶劑化殼層，而且還與Zn²⁺或H₂O配位，形成MA和CF₃SO₃^–參與的核殼溶劑化結構。特殊的溶劑化結構降低了H₂O活性，有助于形成陰離子誘導的富含ZnCO₃-ZnF₂的固體電解質界面。因此，含有MA電解質的Zn||Zn電池和Zn||NaV₃O₈·1.5H₂O電池表現出比不含MA電解質的電池更優異的性能。

圖1. logP值與CF₃SO₃^–相近的共溶劑對電解質溶劑化結構和SEI形成過程的作用機理示意圖

總之，該工作為合理設計Zn(CF₃SO₃)₂基電解質的溶劑化結構提供了簡便有效的共溶劑選擇標準(logP值)。通過logP定量研究了鹽陰離子CF₃SO₃^–和共溶劑的親水親油性，將一種與CF₃SO₃^–具有相似兩親性的理想共溶劑(MA)引入到Zn(CF₃SO₃)₂電解質中。結果表明，MA分子可以被納入到CF₃SO₃^–的溶劑化殼層中，不僅有助于MA的溶解，而且降低了CF₃SO₃^–的溶解度。

此外，MA分子還與Zn²⁺或H₂O配位，形成含有MA和CF₃SO₃^–的核殼溶劑化結構。獨特的溶劑化有利于形成富含ZnCO₃-ZnF₂的SEI，并構建了一個重塑的H₂O氫鍵網絡，從而降低了自由水分子的活性。以MA40為電解液的鋅對稱電池，在1 mA cm^-2, 1 mAh cm^-2的面積容量下，電池表現出極高的穩定性，使用壽命可達4600 h。Zn//MA40//NVO全電池在1 A g^-1下穩定運行500個循環，容量保持率為77.1%。

圖2. 電池性能

Salt Anion Amphiphilicity-Activated Electrolyte Cosolvent Selection Strategy toward Durable Zn Metal Anode, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08716