近日，合肥大学能源材料与化工学院青年教师杜浩然在水系锌金属电池电解液研究方面取得重要进展。相关工作以“Revitalizing Saturated ZnSO4 Electrolyte via Hydrogen-Bond Mediated Anionic Engineering for Durable Aqueous Zinc Metal Batteries”为题，发表于中科院一区TOP期刊《Green Chemistry》。合肥大学为本研究唯一完成单位，杜浩然老师担任论文第一作者兼通讯作者，梁鑫教授为共同通讯作者，2024级材料与化工硕士研究生张善杰为主要参与人。
水系锌金属电池兼具高安全性与低成本优势，是大规模储能领域极具前景的技术路线。硫酸锌电解液绿色低毒、原料廉价，具有很高的实用价值。高浓度电解液改性策略是提升锌负极稳定性的主流路线之一，这种策略的适用前提是主盐具备足够溶解度。然而硫酸锌在室温下仅3.5 mol/kg即达到饱和，其氢键缔合网络热力学极为稳定，难以通过进一步溶解锌盐的方式重塑电解液的溶剂化结构。因此，必须寻求全新的调控思路，以打破该体系固有的溶剂化平衡。
针对这一难题，团队创新性地提出了氢键介导的阴离子调控策略，即引入氨基磺酸锌对饱和硫酸锌电解液进行改性。氨基磺酸根凭借其磺酸基和氨基双功能基团，可作为“分子楔”与电解液中的水分子网络形成强氢键，进而破坏原有热力学稳定的溶剂化结构，大幅降低自由水活性；同时，该阴离子能缓冲体系pH值，有效抑制析氢副反应。光谱学表征与理论计算证实，氨基磺酸根主要富集于溶剂网络而非直接配位锌离子，从而减少了锌离子溶剂化鞘内的水分子和硫酸根数量，最终引导锌离子实现均匀、无枝晶沉积。采用改性电解液的对称电池循环4800小时未发生短路，全电池循环4500圈仍保持优异的放电比容量。
该研究打破了传统高浓度电解液的固有设计思路，仅需低浓度添加氨基磺酸锌，即可突破硫酸锌体系的溶解度限制。此外，该体系无氟、低毒，制备简便且成本低廉，为长效水系锌电池提供了一种全新的电解液分子工程设计范式。
本研究得到国家自然科学基金、安徽省高校自然科学研究项目、合肥大学人才科研基金等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1039/d6gc02685k