王建军&刘宏&张进涛AFM：β-环糊精添加剂实现的超稳定水系锌电池

由于锌负极表面不均匀的电场和水引起的寄生反应加剧了锌枝晶的内在生长，这在很大程度上阻碍了可充水系锌离子电池在大规模储能中的实际应用。

山东大学王建军、刘宏、张进涛等提出了一个有效的策略，即通过添加无毒的电解液添加剂β-环糊精（β-CD）来调控锌的沉积，同时防止绝缘副产品（Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O）的产生，以改善锌负极的沉积/剥离。

图1. β-CD的分子结构和表征

 β-CD超分子独特的环形空腔结构具有疏水性，不仅有利于锌离子的脱溶剂化，而且由于电荷屏蔽和钉住效应，有利于调节锌离子的扩散途径和沉积点。仿真结果表明，β-CD分子更倾向于水平吸附在Zn（002）平面上，调节Zn²⁺的扩散途径和沉积点，使Zn沿（002）平面沉积而不形成枝晶，并通过促进[Zn(H₂O)₆]²⁺的脱溶剂化，抑制H₂的生成和Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O的形成。

图2. 对称电池性能

因此，β-CD赋予了Zn负极超过1700次循环的99.56%的高库仑效率，以及在4 mA cm^-2条件下超过1700小时的长时间循环稳定性，并且没有短路。更有希望的是，在40 mA cm^-2的超高电流密度下，添加了β-CD的Zn//Zn对称电池可以稳定运行至少75小时，远远超过了在纯ZnSO₄电解液中的运行时间。

此外，加入β-CD的Zn//V₂O₅全电池在6 A g^-1的条件下循环1000次后，可以保持较高的容量保持率。总之，这项工作证明了β-CD在稳定Zn负极方面的显著效果，并为设计各种水系离子电池的多功能电解液提供了启示。

图3. 全电池性能

Ultra-Stable Aqueous Zinc Batteries Enabled by β-Cyclodextrin: Preferred Zinc Deposition and Suppressed Parasitic Reactions. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207732

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