水系锌离子电池（AZIBs）因其安全性高和成本低的特点，在大规模储能领域具有广泛的应用潜力。在众多AZIBs中，水系锌钒电池具有相对较好的循环稳定性和能量密度，已被认为是具有商业前景的AZIBs。
然而，由于正极和负极的不稳定性，Zn || VOx电池面临着多重挑战。在负极方面，活性锌金属在弱酸性水系电解液中会受到化学/电化学腐蚀和析氢反应的困扰。而钒基正极在弱酸性水系电解质中容易溶解，导致Zn || VOx全电池容量下降。上述问题严重阻碍了AZIBs的实际应用。
近日，南开大学的陈军院士、严振华副研究员和福建师范大学的曾令兴教授联合研究，提出一种多功能明矾电解质添加剂，以同步在Zn负极和VOx正极表面原位构建保护层，进而获得稳定高性能的水系锌钒电池，这项研究为一步解决负极和正极问题提供了一种实用策略。
本工作提出了一种多功能添加剂明矾（KAl(SO4)2，KASO），如图1所示，通过电化学循环在负极/正极处原位构建两极保护层，以提高金属Zn和VOx材料的电化学稳定性，最终获得高性能的水系锌钒电池。
加入明矾后，在负极侧，K+在Zn负极形成阳离子静电屏蔽层，调节Zn2+的沉积行为，Al3+沉积在Zn负极表面，形成Zn-Al合金，原位形成的锌铝合金层可作为屏障层以隔绝溶剂分子和阴离子与负极的接触。与此同时，该合金层具有均匀的电场分布，降低Zn2+的成核势垒，使Zn2+均匀沉积，减缓树枝状突起的生长。
在正极侧，KASO的引入诱导形成不溶性的含铝正极-电解质界面（CEI），大大缓解了VOx正极的不可逆溶解和副产物的积累，从而缓解了Zn||VOx电池在硫酸锌电解质中的容量衰减。
这项工作介绍了一种简单的电解质添加剂策略，实现同时解决正极和负极两侧的不稳定性难题，展现出良好的实际应用潜力，为开发具有成本效益的锌基电池提供了新思路。
论文信息
Synergistic Regulation of Anode and Cathode Interphases via an Alum Electrolyte Additive for High-performance Aqueous Zinc-Vanadium Batteries
Lingjun He, Chuyuan Lin, Lingxing Zeng, Fuyu Xiao, Hui Lin, Peixun Xiong, Qingrong Qian, Qinghua Chen, Zhenhua Yan, Jun Chen
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202415078
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