高偶極矩有機新增劑革新水性鋅離子電池介面效能
在過去十年中，有機水性電解質的出現標誌著電池技術的一大進步。這些新增劑在調節溶劑化結構和建立介面層方面展現了顯著的功效。透過提升安全性、電化學可逆性和離子遷移率，水性鋅離子電池（AZIBs）的效能得以最佳化。然而，在效能和操作穩定性之間必須保持微妙的平衡，因為某些有機新增劑可能會引發不良的副反應或複雜的相行為，從而抵消其有利效果。
在《膠體與介面科學期刊》上發表的一項研究中，由中國科學院福建物質結構研究所張一寧教授領導的團隊報告了一種新方法，透過引入高偶極矩電解質新增劑三乙基2-膦酸丙酯（Tp）來提升AZIBs的效能。研究發現，Tp能有效取代電解質中的遊離水，從而抑制氫氣生成和鋅腐蝕，同時促進可逆的鋅沉積並減緩枝晶生長。
研究人員製備了不同體積比的Tp電解質溶液，以確定最佳濃度比例。Tp透過強烈的離子-偶極相互作用有效取代了電解質中的遊離水，改變了溶劑化結構，對抗了遊離水引起的副反應和鋅枝晶的無序生長。Tp與鋅箔之間的高結合能確保了Tp牢固地附著在鋅陽極表面，抑制了枝晶的生長。此外，Tp的新增顯著改變了電解質中的氫鍵網路結構。
在實際的電化學測試中，研究人員比較了不同體積比的Tp電解質與初始電解質的效能差異。在3 A g-1的電流密度下，含有最佳濃度Tp電解質的Zn//Na2V6O16在4,000次迴圈後表現出92%的容量保持率。相比之下，使用初始電解質的Zn//Na2V6O16在600次迴圈後僅有70%的容量保持率，且庫侖效率顯著下降。這些發現表明，含有Tp的電解質在迴圈穩定性和倍率效能方面均優於初始電解質。
此外，研究人員評估了Tp電解質的實際應用潛力。他們製備了含有Tp電解質的Zn//Na2V6O16柔性包裝電池，並成功點亮了一個LED燈。這項研究強調了高偶極矩在新增劑策略中的重要性，這些策略有助於AZIBs的實際應用。
