南开 牛志强&天津理工 刘丽丽 JACS：内在离子浓度差诱导的抗聚电解质效应促进锌氧化稳定性

第一作者： Min Yang

通讯作者： 牛志强、刘丽丽

通讯单位： 南开大学、天津理工大学

水性锌离子电池因其高安全性和低成本而受到广泛关注。然而，阳极 / 电解质界面处的阳离子浓度梯度往往会引起严重的 Zn 枝晶和副反应。

本文利用两性离子聚合物羧甲基壳聚糖（ CMCHS ）分子的抗聚电解质作用，调节 Zn ²⁺ 初始沉积过程中瞬态离子浓度差在阳极表面构建了交联离子通道。

要点 1. 本文将两性离子聚合物羧甲基壳聚糖（ CMCHS ）分子引入电解质中，并在阳极表面构建多孔离子通道，通过离子浓度梯度诱导 CMCHS 分子的抗聚电解质作用。 CMCHS 离子通道具有抑制枝晶生长和水活性的能力，从而显著提高了锌阳极的电化学性能。在放电深度（ DOD ）为 30% 的情况下，平均库仑效率达到 99.58% ，大大优于传统的 ZnSO ₄ 电解质。

要点 2 . 结果表明， CMCHS 通道确保阳极表面离子和电子分布均匀。同时， CMCHS 分子进入 Zn ²⁺ 溶剂化结构， H2O 分子被移除，限制了溶剂化 H ₂ O 分子的活性。因此，明显抑制了枝晶生长和水活度，从而使锌阳极具有优异的电化学性能。

图 1 ： Zn ²⁺ 在阳极 / 电解质界面沉积示意图。 (a) 传统电解液中 Zn ²⁺ 沉积初期的离子浓度差异； (b) 两性离子 CMCHS 电解液中抗聚电解质效应构建的多孔离子通道。

图 5 ：锌阳极在含 CMCHS 电解质中的电化学性能。 (a) Zn||Cu 不对称电池中镀锌 / 剥离的 CV 曲线。 (b) Zn ²⁺ 的迁移数。 (c) Zn ²⁺ 脱溶活化能。 (d) 镀锌的恒电位电流 - 时间瞬态曲线。 (e) Zn 电极在 1mv s ⁻¹ 下的 Tafel 极化曲线。 (f) 循环过程中 Zn 阳极的库仑效率。在 (g) 含 CMCHS 和 (h) 2 m ZnSO ₄ 电解质中循环 100 次后 Zn 阳极的 SEM 图像。 (i) 100 mA cm ⁻² 下 Zn|| Zn 对称电池的循环性能。 (j) Zn|| 对称电池在 1m A cm ⁻² 下的循环性能。

参考文献 ： Min Yang , Songshan Bi , Xiao Wang. et al. Intrinsic Ion Concentration Difference Induced Antipolyelectrolyte Effect for Promoting Stability of Zn Anodes. JACS. (202 5 ).

文献链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c15126

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