Angew. Chem. | 海藻糖作为界面稳定和反应促进的电解质添加剂实现高可逆性锌金属负极

作为制约水系锌离子电池发展的关键因素，锌负极可逆性差源于界面析氢反应，金属腐蚀钝化以及锌枝晶生长，因而如何解决这些问题从而实现高度可逆的锌金属负极成为水系锌离子电池领域研究的热门。实现高可逆锌负极的关键是确定平整的锌沉积剥离在界面反应中的主导地位，主要设计原则有调控电解质溶剂化结构，弱化氢键网络，构建界面吸附层，引入人工界面层等。

电解液添加剂由于操作简便，成本低廉，扩展性高等优势，成为电解液改良提高负极可逆性的重要策略，目前报道的添加剂主要有金属盐、表面活性剂、氨基酸和络合剂等。然而目前关于添加剂的研究多集中于热力学差异方面，而添加剂在界面动力学调控的作用研究有限，这限制了新型添加剂的材料探索和机理研究。

近日，南京大学周豪慎教授，郭少华教授团队首次报道海藻糖作为水系锌离子电解液的添加剂，不仅表征了添加剂对电解质氢键网络的调控，也详细阐述了海藻糖在加速界面反应动力学方面的关键作用。由于析氢反应的抑制和界面锌沉积动力学改善，在海藻糖改性的电解质中实现了（002）晶面暴露的平整致密锌沉积。

海藻糖具有丰富的亲水羟基官能团，为水和锌离子的吸附提供不同的结合位点，削弱电解质中水的氢键网络，降低析氢反应活性，同时促进锌离子的去溶剂化过程。此外，海藻糖在锌表面倾向于（002）晶面水平吸附，利于表面锌离子的富集，减弱沉积反应的离子耗尽，同时促进（002）晶面的暴露，防止锌枝晶和副反应的发生。因此，海藻糖加入电解液中，既充当氢键网络破坏剂和析氢抑制剂，同时也充当表面吸附剂和界面反应加速剂。

通过抑制析氢反应和促进锌沉积剥离，锌可逆反应的在界面反应的主导地位得以确立。通过添加海藻糖，锌沉积由松散的薄片堆积形貌转换变为（002）晶面暴露的致密块状沉积，从而大大提高了锌负极的可逆性。使用海藻糖改性的电解质，锌/铜电池能够稳定循环3000圈以上，库伦效率高达99.8%；同时锌对称电池能够在9.0%的放电深度下稳定循环1300小时不发生短路，展现出良好的反应可逆性和循环稳定性。

该工作开发了海藻糖作为水系电解质添加剂，强调了界面动力学调控在实现锌沉积溶解可逆性的关键作用，其设计思路和机制分析为新型电解质添加剂的探索和研究提供了新的启发。