随着全球对可持续能源的需求不断增加，水系锌离子电池作为一种新型储能技术，因其高能量密度、环保无污染和低成本等优点而受到广泛关注。然而，水系锌离子电池的充放电过程中存在着可逆性和循环稳定性差的问题，限制了其在实际应用中的推广。
为了解决这一问题，胡林华研究员团队提出了一种全新的策略。近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所能源材料与器件制造研究部胡林华研究员团队在水系锌离子电池研究中取得突破性进展，团队提出一种全新的策略，可以极大地提升电池充放电可逆性和循环稳定性能。相关研究发表在国际期刊《Energy Storage Materials》上。
8月21日，胡林华研究员查看水系锌离子电池的电解液添加剂
8月21日，科研人员进行水系锌离子电池极片制备
水系锌离子电池
与传统锂电池相比，使用水基电解液的水系锌离子电池不仅降低了起火爆炸的风险，也减少了对环境的潜在威胁，同时制备过程不需要复杂的密封技术和无氧无水环境，在安全和环保两方面具有明显的优势。但是，水系锌离子电池在商业化应用上仍然面临着诸多难题，其中一个严峻的挑战就是枝晶生长。枝晶是以树枝状形式生长的晶体，它们就像冬天里尖锐的冰锥，不仅“攻击性”强，还可能刺穿电池的“心脏”，使得正负极直接连接，引发电池短路失效。控制枝晶生长是延长电池寿命的关键因素。
针对这一难题，该团队的策略是利用一种名为“最高占据分子轨道(HOMO) 能级”的分子特性，来筛选出能够稳定锌负极用的非牺牲性阴离子型表面活性剂作为电解液添加剂。他们就像是在为电池寻找合适的“保护剂”，以此来抑制锌枝晶的生长。
结合理论计算和实验研究，他们发现使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为添加剂能够满足“保护剂”的要求。这种化学物质是工业上广泛应用的清洁剂、乳化剂等，还是日常生活中洗衣粉、洗洁精的主要去污成分之一。在实验中，该添加剂的使用显著提升了电池的循环特性，稳定性(电池的循环次数)提升了30倍，平均库伦效率(锌沉积/剥离的可逆性)也达到了98.15%，极大地延长了电池寿命、提高了电池性能。
水系锌离子电池是一种具有巨大前景的储能系统，未来有望在削峰填谷、风光电配储、飞行器电源等领域落地应用。这项研究成果对于推动锌离子电池的发展具有重要意义。随着全球对清洁能源和可持续发展的需求不断增加，锌离子电池作为一种轻便、高效、环保的能源存储设备越来越受到关注。因此，研发高性能、低成本的锌离子电池已经成为当前科研工作者的重要任务之一。
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