北理工研发锌负极电解液技术 提升水系电池循环稳定性

在水系锌离子电池领域，锌负极的循环稳定性一直是制约其商业化进程的核心瓶颈。尽管电解液工程被广泛用于延长锌负极的循环寿命，但溶剂化结构如何在电化学运行过程中与双电层（EDL）化学动态耦合，目前仍缺乏深入理解。北京理工大学的研究团队针对这一难题，提出了一种基于苯酚磺酸锌（Zn(PS)₂）的混合电解液构建策略。该研究通过引入二甲基亚砜（DMSO），不仅重构了电解液的氢键网络，更促进了富含PS⁻离子的溶剂化环境的建立，从而实现了锌负极的协同稳定化。

这一创新设计的核心在于对溶剂化结构的精准调控。DMSO的加入改变了传统水溶液中的离子分布，驱动形成了一种富含PS⁻离子的界面双电层。在动态电化学过程中，这些PS⁻阴离子优先且均匀地吸附在锌表面，有效优化了Zn²⁺的扩散路径。与此同时，富含PS⁻的斯特恩层（Stern layer）与阴离子的优先分解协同作用，原位构建出一层坚固的固体电解质界面膜（SEI）。这种双电层与SEI膜的协同效应，不仅调节了锌沉积的形貌，还确保了锌负极在恶劣条件下的耐久性，从根本上抑制了枝晶生长和副反应的发生。

实验数据充分验证了该技术的卓越性能。在57%放电深度（DOD）下，Zn||Zn对称电池的循环寿命长达1650小时，展现出极高的稳定性。更为难得的是，该电解液体系在-30°C至60°C的宽温域内均保持了优异的循环性能，解决了水系电池低温性能差和高温易分解的行业痛点。此外，在Zn||I₂@AC（锌碘活性炭）全电池测试中，以10 A g⁻¹的高电流密度循环44,000次后，容量保持率仍高达97.66%。这一数据表明，该混合电解液不仅适用于对称电池的基础研究，更具备在实际高功率储能设备中的应用潜力。

这项由北京理工大学材料科学与工程学院、山东省先进化学储能与智能安全重点实验室以及山东电工电气现代能源技术有限公司等多方合作完成的研究，为理解界面电化学提供了多维度的洞察。通过理性设计溶剂化结构和界面化学，该工作为开发下一代高性能水系电池确立了新的设计原则。随着全球对大规模、低成本、高安全性储能技术需求的激增，此类基于丰富锌资源的水系电池技术有望在电网级储能和便携式能源领域发挥重要作用，推动能源存储行业向更绿色、更高效的方向迈进。