BIS-TRIS在实现无枝晶、长寿命锌金属负j中的作用

在各种新型电池体系中，水系锌离子电池凭借其高安全性、低成本和高理论容量（820 mAh g-1或5855 mAh cm-3）受到了科研工作者们的广泛关注。尽管水系锌离子电池普遍使用中性或弱酸性的锌盐溶液为电解液，锌金属在电解液中的腐蚀问题仍限制着电池的发展，并且电池在循环过程中不可避免的枝晶生长也严重影响了锌离子电池的正常使用。

某大学课题组从调节Zn2+溶剂化结构角度出发，基于“配位化学”概念，提出了一种新型电解液添加剂—二（2-羟乙基）亚氨基三（羟甲基）甲烷络合剂（BIS-TRIS）。BIS-TRIS富含羟基官能团，该官能团有望与Zn2+发生相互作用进而改变其溶剂化结构，实现高度可逆的锌负j，接下来具体看看实验过程中的论证成果。

从上图可以看到在循环过程中Zn箔表面出现了大量的气泡，这表明在锌沉积过程中伴随着剧烈的析氢副反应。析氢反应的发生不仅会降低锌沉积/剥离过程的库伦效率，还会导致电池内部压力的增大，加速电池的损坏，这j大影响了电池的使用寿命。相比之下，锌箔在含有BIS-TRIS的溶液中循环后，并没有观察到明显的气泡生成。

在1 mA cm-2/1 mAh cm-2循环条件下，硫酸锌电解液电池在循环220 h后就出现了短路，这可能与锌沉积过程中不受控制的枝晶生长有关。相反，含BIS-TRIS电解液的电池在循环1200 h后仍表现出优异的循环稳定性，没有出现明显的电压波动。当把电流密度和容量分别增加到5 mA cm-2和5 mAh cm-2时，含BIS-TRIS电解液的电池稳定循环时间仍超过600 h，而硫酸锌电池在50 h内就发生了短路。

此次工作论证了BIS-TRIS络合剂在实现无枝晶、长寿命锌金属负j中的作用。BIS-TRIS富含羟基官能团，当溶液中锌离子与羟基进行配位时，锌-络合物较大的位阻可以提高其形核势垒，降低锌离子沉积动力学进而有效减缓沉积过程中的浓差j化。与此同时，BIS-TRIS添加剂部分取代溶剂化结构中的水，使金属负j表面的水含量得到有效调控，这对增强锌金属的电化学/化学稳定性起到了重要作用。

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