河北大学张宁、沈照熙、王元媛、徐建中ACS Nano：通过阴离子 - 聚阳离子相互作用构建原位胶体电解质实现稳定锌金属电池

背景：水系锌金属电池（AZMBs）因锌资源丰富、安全性高和成本低等优点，被视为大规模储能的理想候选，但锌负极在水系电解液中存在枝晶生长、析氢反应和锌利用率低等问题，限制了其实际应用。现有电解液策略如高浓度电解液或添加剂等，往往难以同时解决阴离子传输、锌剥离均匀性和正极溶解等相互关联的挑战。研究目的：河北大学张宁、沈照熙、王元媛、徐建中团队旨在通过阴离子-聚阳离子相互作用构建一种原位胶体电解质，以同步改善锌负极的沉积/剥离均匀性、抑制析氢反应并提升锌利用率，同时解决正极溶解问题，推动AZMBs的实用化。结论：该研究成功开发了由3 M ZnSO₄与6 wt%聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA-Cl）组成的Colloid-6电解质。聚阳离子通过静电作用限制SO₄²⁻扩散，将Zn²⁺迁移数提升至0.82，减少副反应和浓差极化；动态吸附在锌表面形成贫水双电层，均匀电场并抑制析氢。实验表明，Colloid-6实现了致密（100）晶面取向的锌沉积和均匀剥离，在25 mAh·cm⁻²下锌利用率达85.4%，锌电极循环寿命超过4200小时，并具备80℃高温适应性。此外，该电解质有效抑制V₂O₅·nH₂O正极溶解，使全电池在1 A·g⁻¹下循环6000次容量保持率达83.5%，高负载软包电池实现5.35 mAh·cm⁻²面容量和2.18的低正负极容量比，为实用化AZMBs电解液设计提供了新思路。