摘 要： 水系鋅離子電池具有低成本和高安全性等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種極具前途的儲(chǔ)能設(shè)備.然而，水系鋅離子電池的應(yīng)用受鋅負(fù)極不可逆性的限制，并存在鋅枝晶、鋅腐蝕和氫析出等問題.文中報(bào)道了一種簡(jiǎn)易策略抑制鋅負(fù)極副反應(yīng)的發(fā)生，提高了鋅負(fù)極的可逆性.通過向電解液中引入二甲基亞砜（dimethyl sulfoxide，DMSO）添加劑來改變鋅離子的擴(kuò)散行為，縮短鋅離子的二維擴(kuò)散時(shí)間.鋅離子在三維空間內(nèi)的快速擴(kuò)散縮短了鋅離子的“尖端效應(yīng)”時(shí)間，抑制了電池在循環(huán)過程中鋅枝晶的生長(zhǎng).由于DMSO的古德曼供體數(shù)高于H2O，因此可以取代鋅離子溶劑化鞘中的水，同時(shí)DMSO與H2O之間也可以形成穩(wěn)定的氫鍵以降低水的活性，抑制了析氫反應(yīng)和鋅負(fù)極的腐蝕，進(jìn)而極大提升鋅負(fù)極的可逆性.在20% DMSO電解液中，Zn∥Zn對(duì)稱電池在1 mA·cm-2電流密度下可穩(wěn)定循環(huán)3 000 h，Zn∥Cu半電池可穩(wěn)定循環(huán)2 100圈，Zn∥MnO2全電池在2C電流密度下循環(huán)800圈后的比容量仍高達(dá)100 mA·h·g-1.該項(xiàng)工作為開發(fā)高性能水系鋅離子電池提供了一種新策略.

關(guān)鍵詞： 鋅離子電池；枝晶；可逆性；二甲基亞砜

中圖分類號(hào)：O646;TM912 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-4807（2025）01-071-07

Dimethyl sulfoxide assists the realization of reversibledendrite-free zinc anodes

TU Huan LI Xiaogang XUE Yutao ZHOU Hu MENG Chunfeng YUAN Aihua

（1.School of Environmental and Chemical Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212100， China）

（2.School of Materials Science and Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212100， China）

Abstract：Aqueous zinc-ion batteries are considered to be promising energy storage devices in the future due to their low cost and high safety. However， the application of aqueous zinc-ion batteries is limited by the low reversibility of Zn anodes， Zn dendrite formation， Zn corrosion and H2 generation. A facile strategy is shown in this work to inhibit side reactions and improve the reversibility of zinc electrodes. By introducing dimethyl sulfoxide （DMSO） into the electrolyte， the diffusion behavior of zinc ions changes， where two-dimensional （2D） diffusion time of zinc ions is shortened. Meanwhile， zinc ions quickly enter the 3D diffusion stage， which shortens the \"tip effect\" time of zinc ions and effectively inhibits the growth of zinc dendrites during the cycle. Since the number of Goodman donors in DMSO is higher than that of H2O， it can replace the water in the zinc ion solvation sheath， and a stable hydrogen bond can be formed between DMSO and H2O to reduce the activity of water， inhibit the hydrogen evolution reaction and the corrosion of the zinc anode， and then greatly improve the reversibility of the zinc anode. In the electrolyte with 20% DMSO， the Zn∥Zn symmetric battery can be stably cycled for 3 000 h at a current density of 1 mA·cm-2， and the Zn∥Cu half-cell can work stably for 2 100 cycles. After the Zn∥MnO2 full cell works for 800 times at a current density of 2C， the capacity of electrolyte with DMSO additives is still as high as 100 mA·h·g-1. This work provides a new strategy for developing high-performance aqueous zinc-ion batteries.

Key words：zinc ion batteries， dendrites， reversibility， dimethyl sulfoxide

太陽能、風(fēng)能和潮汐能等作為間歇性清潔能源，迫切需要低成本、長(zhǎng)壽命和高速率的可充電電池來進(jìn)行儲(chǔ)存[1].目前，鋰離子電池作為儲(chǔ)能裝置占據(jù)了巨大市場(chǎng)，給人們的生活帶來了極大便利，但其成本較高、環(huán)境不友好和低安全性等問題的存在嚴(yán)重限制了其快速發(fā)展[2].

可充電水系金屬離子電池被認(rèn)為是有希望替代鋰離子電池的下一代儲(chǔ)能設(shè)備，特別是水系鋅離子電池近年來受到科學(xué)家的廣泛關(guān)注.鋅在地球中含量較高，并具有高理論比容量（質(zhì)量和體積比容量分別為820 mA·h·g-1和5 855 mA·h·cm-3）、低氧化還原電位（相對(duì)于氫標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)，-076 V）和高安全性等優(yōu)點(diǎn)[3].然而，在工作過程中此類電池的鋅負(fù)極會(huì)發(fā)生一些副反應(yīng)，并且鋅枝晶和低庫(kù)倫效率嚴(yán)重降低了鋅負(fù)極的可逆性，極大阻礙了水系鋅離子電池的發(fā)展.因此，加快水系鋅離子電池發(fā)展的一種手段是改善鋅負(fù)極的可逆性[4].目前，科研工作者們?cè)谶@方面已開展了大量的研究工作.例如，文獻(xiàn)[5]提出了超濃鹽電解液（20 mol/L LiTFSI + 1 mol/L Zn（TFSI）2），在這種高濃度的電解液中，Zn2+溶劑化鞘中的H2O被TFSI-占據(jù)，區(qū)別于低濃度電解液中的[Zn（H2O）6]2+結(jié)構(gòu).配位環(huán)境的改變避免了鋅離子在沉積過程中鋅負(fù)極與水的直接接觸，有效抑制了氫氣析出和副產(chǎn)物形成，提升了鋅負(fù)極的可逆性，然而這種超濃鹽電解液價(jià)格較為昂貴.文獻(xiàn)[6]通過汽固策略在鋅負(fù)極表面構(gòu)建一層堅(jiān)固的ZnS界面，通過控制ZnS膜的厚度，所形成的ZnS界面不僅抑制了鋅負(fù)極的腐蝕，還可以誘導(dǎo)鋅離子在ZnS界面的沉積/剝離，有效抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)并提升鋅負(fù)極的可逆性，但該方法操作難度較大.在隨后的研究中，人們提出通過向電解液中引入添加劑來提升鋅負(fù)極的可逆性，此方法具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用等優(yōu)點(diǎn).比如，文獻(xiàn)[7]通過向ZnCl2電解液中引入DMSO來調(diào)節(jié)鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用DMSO在充放電過程中的分解原位構(gòu)建了SEI膜，抑制了鋅枝晶的生長(zhǎng)及水的分解.此外，文獻(xiàn)[8]通過向2 mol/L ZnSO4電解液中引入DMSO調(diào)節(jié)了鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)鋅離子（002）穩(wěn)定晶面的形成，同時(shí)DMSO/H2O間的氫鍵作用降低了電解液的凝固點(diǎn)，提升了水系鋅離子電池在極端條件下的循環(huán)穩(wěn)定性.文獻(xiàn)[9]向電解液中引入了CH3COONH4，利用NH4+和CH3COO-在鋅電極表面的優(yōu)先吸附作用阻止了鋅負(fù)極與水的直接接觸，促進(jìn)了SEI膜的形成，進(jìn)而抑制了鋅枝晶的生長(zhǎng)和副反應(yīng)的發(fā)生.

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)[7-8]僅研究了DMSO添加劑對(duì)鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)及DMSO與H2O之間氫鍵形成的影響，并未探索DMSO引入對(duì)鋅離子擴(kuò)散行為的作用機(jī)制.為了探明DMSO添加劑對(duì)鋅枝晶的抑制作用，文中利用DMSO改變鋅離子的擴(kuò)散行為，達(dá)到抑制鋅枝晶生長(zhǎng)的目的，同時(shí)通過改變鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)來減緩鋅負(fù)極在充放電過程中副反應(yīng)的發(fā)生.研究表明，鋅離子在含DMSO電解液中的二維擴(kuò)散過程在10 s內(nèi)結(jié)束并快速進(jìn)入三維擴(kuò)散階段，這極大縮短了鋅離子的尖端沉積時(shí)間、抑制了鋅枝晶生長(zhǎng)，不僅提升了鋅負(fù)極的可逆性，而且改善了鋅離子對(duì)稱電池/半電池/全電池的綜合性能.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 電解液制備

攪拌作用下，將4等份2.88 g硫酸鋅分別溶于10、9、8和7 mL的去離子水中，再分別加入0、1、2和3 mL的二甲基亞砜（DMSO），繼續(xù)攪拌10 min后的溶液分別命名為0 DMSO、10% DMSO、20% DMSO和 30% DMSO.

1.2 正極材料制備

α-MnO2根據(jù)文獻(xiàn)[3]報(bào)道方法制備.合成步驟如下：攪拌作用下，將1.0 g硫酸錳加入到4 mL 0.5 mol/L硫酸中，然后再加入120 mL去離子水.隨后，將40 mL 0.1 mol/L高錳酸鉀加入到上述溶液中并繼續(xù)攪拌1 h，然后再超聲1 h.將所得混合溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中并放入120 ℃烘箱保溫12 h，經(jīng)離心、洗滌和冷凍干燥后得到目標(biāo)材料.[JP]

1.3 物性表征

使用儀器設(shè)備主要包括：傅里葉紅外光譜儀（ATR-FTIR），賽默飛世爾Nicolet iS5，測(cè)試范圍為4 000～400 cm-1；核磁共振波譜儀（1H NMR），測(cè)試范圍為4.4×10-6～5.0×10-6 m；日本電子公司JNM-ECZ400S臺(tái)式電子掃描顯微鏡（SEM），復(fù)納科學(xué)儀器有限公司Phenom-ProX；轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀（XRD），日本理學(xué)Smartlab，Cu靶射線源，波長(zhǎng)為0.154 nm，加速電壓為40 kV，測(cè)試范圍為5°～85°，掃速為10（°）/min.

1.4 電極制備和電化學(xué)性能表征

將α-MnO2、CNT和PVDF以7∶2∶1質(zhì)量比混合，在研缽中研磨0.5 h使其混合均勻，隨后滴加適量N甲基吡咯烷酮（NMP）后再繼續(xù)攪拌8 h，將所得漿料均勻涂敷在不銹鋼箔上，然后在80 ℃真空干燥12 h.用切片機(jī)將其切成直徑為1.3 cm的小圓片，按正極殼、正極片、隔膜、電解液、負(fù)極片、墊片、彈片和負(fù)極殼的順序組裝電池，最后用壓片機(jī)封裝，電池在空氣中靜置12 h后進(jìn)行后續(xù)的電化學(xué)測(cè)試.采用電化學(xué)工作站（CHI760E A201011）測(cè)試循環(huán)伏安曲線（CV）：Zn∥Cu半電池在-0.2～0.8 V電壓區(qū)間測(cè)試，掃描速率為0.001 V·s-1；Tafel曲線的電壓區(qū)間為-1.2～0.8 V，掃描速率為0.001 V·s-1；計(jì)時(shí)電流法：Zn∥Zn對(duì)稱電池階躍電壓為-0.15 V，持續(xù)時(shí)間為400 s.恒流充放電測(cè)試在藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)（LAND-CT-2001A）上進(jìn)行.

2 結(jié)果與討論

2.1 ZnSO4+DMSO電解液表征

采用FTIR研究DMSO引入對(duì)ZnSO4電解液結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響.如圖1（a），與純電解液相比，含DMSO電解液中的O-H鍵拉伸振動(dòng)峰從3 242.7 cm-1藍(lán)移至3 246.8 cm-1，O-H鍵彎曲振動(dòng)峰從1 633.5 cm-1藍(lán)移至1 642.55 cm-1，這表明DMSO的引入干擾了水分子間的氫鍵作用.如圖1（b），與純電解液相比，含DMSO電解液在930～931、952～953和1 020～1 022 cm-1區(qū)間內(nèi)的CH3面內(nèi)振動(dòng)峰發(fā)生了明顯紅移，同時(shí)在1 043～1 044 cm-1范圍內(nèi)的v（S=O）伸縮振動(dòng)也發(fā)生了紅移[10].

向硫酸鋅電解液中加入DMSO后，DMSO的CH3面內(nèi)振動(dòng)峰發(fā)生了紅移，這表明DMSO的甲基基團(tuán)處于水合狀態(tài).此外，電解液中O-H鍵的H與DMSO中S=O雙鍵O之間存在相互作用.由于DMSO中氧原子的電子云密度比H2O低，因此DMSO中的O原子對(duì)電子云的吸引力要低于H2O，這導(dǎo)致H2O和DMSO之間的氫鍵要高于H2O和H2O，從而造成電解液中O-H鍵的H與DMSO中S=O雙鍵的O間發(fā)生耦合（S=O…H-O）[7-8].通過核磁共振進(jìn)一步研究了DMSO引入對(duì)硫酸鋅電解液結(jié)構(gòu)的影響.如圖1（c），在1H NMR譜中，隨著DMSO加入量的增加，水中1H向更高場(chǎng)移動(dòng)，使得H原子周圍存在更高的電子密度，這造成更多的電子屏蔽.可以推斷，DMSO中的O原子與水中的H原子發(fā)生了氫鍵作用[11].

采用CA、CV和線性極化曲線等電化學(xué)測(cè)試手段研究DMSO對(duì)ZnSO4電解液電化學(xué)穩(wěn)定性的影響.通過計(jì)時(shí)電流法分析鋅離子的沉積行為，在沉積過程中電極形貌的變化可以通過電流-時(shí)間曲線反映.電流上升代表電極表面積的增加和鋅枝晶的形成.圖2（a）為不同電解質(zhì)中鋅電極的CA曲線，在0 DMSO電解液中，當(dāng)施加-150 mV過電位時(shí)電流密度在100 s內(nèi)單調(diào)增加，表明鋅離子此時(shí)處于二維擴(kuò)散階段.為達(dá)到表面能和裸露面積最小化，吸附的鋅離子在成核過程中傾向于沿表面橫向擴(kuò)散，并聚集到初始成核位置處.在隨后的沉積過程中，吸附在電極表面的鋅離子持續(xù)橫向擴(kuò)散，導(dǎo)致原本細(xì)小的鋅沉積物快速生長(zhǎng)成為大而蓬松的枝晶，同時(shí)這些枝晶也加劇了電解液的分解，降低了鋅負(fù)極的可逆性.相反，在20% DMSO電解液中，鋅沉積過程中的實(shí)時(shí)電流密度增加時(shí)間僅為10 s，隨后電流保持恒定，這表明鋅離子的二維擴(kuò)散時(shí)間被縮短到10 s，然后進(jìn)入了三維擴(kuò)散階段，這可能是由于吸附在鋅電極表面的DMSO調(diào)節(jié)了鋅離子沿表面的橫向擴(kuò)散和聚集，進(jìn)而導(dǎo)致鋅離子在鋅電極表面形成大量細(xì)小的晶核.此外，鋅離子的橫向擴(kuò)散存在額外的能量屏障，迫使它們?cè)诔跏汲珊宋稽c(diǎn)附近沉積，而非轉(zhuǎn)移到其他有利的生長(zhǎng)位點(diǎn)，此時(shí)金屬鋅表面的晶核更致密、更均勻，提升了鋅負(fù)極的循環(huán)可逆性[12].

圖2（b）為不同電解液下的CV曲線.在0 DMSO電解液中，Zn2+的成核過電位要低于含DMSO的電解液，這表明引入DMSO提升了Zn2+的成核過電位[11].然而，Zn2+的沉積在高成核過電位下呈現(xiàn)霧化狀態(tài)，這有助于鋅離子沉積時(shí)晶面的取向.相反，在低成核過電位則不會(huì)出現(xiàn)霧化現(xiàn)象，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生“尖端效應(yīng)”，使得鋅離子在凸突處快速沉積形成樹突，進(jìn)而刺透隔膜使電池短路.圖2（c）為鋅負(fù)極在不同電解液下的線性極化曲線，從圖中可以看出，DMSO引入時(shí)鋅負(fù)極的腐蝕電位增加、腐蝕電流降低[13]，這進(jìn)一步驗(yàn)證了DMSO可以有效降低鋅負(fù)極在循環(huán)過程中的副反應(yīng)，提升鋅負(fù)極的循環(huán)可逆性.[FL）]

2.2 ZnSO4+DMSO電解液的電化學(xué)性質(zhì)

為了探究DMSO引入對(duì)電池鋅負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性的影響，測(cè)試了Zn∥Zn對(duì)稱電池在不同電流密度下的恒流充放電性能.如圖3（a），在電流密度為1 mA·cm-2（0.5 mA·h·cm-2）下，Zn∥Zn對(duì)稱電池在20% DMSO電解液中可穩(wěn)定循環(huán)3 000 h，而在0 DMSO電解液中僅能工作213 h，同時(shí).如圖3（b），當(dāng)電流密度和面積容量增加到2 mA·cm-2（1 mA·h·cm-2）時(shí)，Zn∥Zn對(duì)稱電池在20% DMSO電解液中的循環(huán)壽命高達(dá)2 700 h，而在0 DMSO電解液中僅運(yùn)行 75 h發(fā)生短路，這表明DMSO的引入使得鋅離子的二維擴(kuò)散時(shí)間被縮短，然后快速進(jìn)入三維擴(kuò)散階段，縮短了鋅離子在尖端處不間斷沉積的時(shí)間，抑制了鋅枝晶的形成，有利于穩(wěn)定鋅負(fù)極的界面.如圖2（c），即使在大電流5 mA·cm-2（2.5 mA·h·cm-2）的條件下，Zn∥Zn對(duì)稱電池在10% DMSO電解液中的循環(huán)壽命仍高達(dá)1 500 h，而在0 DMSO電解液中僅能運(yùn)行25 h.同時(shí)相較于文獻(xiàn)[7]中Zn∥Zn對(duì)稱電池的1 000 h （0.5 mA·cm-2， 0.5 mA·cm-2） 和文獻(xiàn)[8]中的2 100 h （1 mA·cm-2， 1 mA·cm-2） 及200 h （3 mA·cm-2， 3 mA·cm-2），該電池的循環(huán)壽命得到大幅度提升，相比于其他工作中的Zn∥Zn對(duì)稱電池也有明顯提高（表1）.此外，進(jìn)一步評(píng)估了Zn∥Zn對(duì)稱電池在不同電解液中的倍率性能.如圖3（d），當(dāng)電流密度為1、2、3、4、5和6 mA·cm-2（面積容量分別為0.5、1、1.5、2、2.5和3 mA·h·cm-2）時(shí)，Zn∥Zn電池在含DMSO電解液中表現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性能.

為了探究DMSO添加劑引入對(duì)鋅負(fù)極電化學(xué)界面的影響，進(jìn)一步組裝了Zn∥Zn對(duì)稱電池，測(cè)試其在2 mA·cm-2 （1 mA·h·cm-2）時(shí)的恒流充放電性能，并觀察測(cè)試完成時(shí)電極的形貌.如圖4（b）、4（c）和4（d），在10%、20%、30% DMSO電解液中，鋅電極表面較為平整，而在0 DMSO電解液中則出現(xiàn)了明顯的鋅枝晶（圖4（a））.[FL）]

利用X射線衍射對(duì)在不同電解液中循環(huán)后的鋅電極進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，如圖5.電池在10%、20%、30% DMSO電解液中循環(huán)后，鋅電極（002）面的衍射強(qiáng)度高于0 DMSO電解液循環(huán)的及裸鋅的.在0 DMSO電解液中循環(huán)后，鋅電極與裸鋅相比其（002）與（101）晶面強(qiáng)度接近，并出現(xiàn)了放電副產(chǎn)物ZnSO4（OH）6·xH2O的衍射峰，這表明DMSO加入有效抑制了鋅負(fù)極在充放電過程中副反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)調(diào)控了鋅離子在（002）晶面上的沉積.

通過以上分析可知，向電解液中引入DMSO可以有效抑制鋅枝晶的生長(zhǎng).為了進(jìn)一步研究鋅的可逆沉積和剝離過程，深入探索DMSO對(duì)抑制鋅枝晶生長(zhǎng)的影響.對(duì)Zn∥Cu半電池開展了鋅的沉積/剝離及穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，如圖6（a）.在初始循環(huán)過程中，Cu表面鋅離子的沉積/剝離為晶格擬合階段，庫(kù)侖效率（CE）較低.在隨后的90圈中，0 DMSO電解液中的Zn∥Cu電池保持較為穩(wěn)定的CE（大于95%），隨后由于枝晶和副產(chǎn)物的生長(zhǎng)及其他副反應(yīng)的存在，CE值持續(xù)下降.相比之下，含DMSO電解液的Zn∥Cu電池的初始CE盡管接近于0 DMSO電解液，但在循環(huán)20圈才達(dá)到較高且穩(wěn)定的鋅離子沉積/剝離效率.其中，20% DMSO電解液中的Zn∥Cu電池可以穩(wěn)定循環(huán)2 100圈以上，CE為99.7.同時(shí)相較于文獻(xiàn)[7]中Zn∥Cu電池的400 h （1 mA·cm-2， 0.5 mA·cm-2）和文獻(xiàn)[8]中的600 h有了大幅度的提升，同時(shí)優(yōu)于大部分其他同類電池（表1）.采用掃描電鏡對(duì)銅電極的形貌進(jìn)行了觀察，研究DMSO對(duì)鋅沉積微觀形態(tài)的影響.可以發(fā)現(xiàn)，在20% DMSO中的銅電極表面光滑且均勻沒有出現(xiàn)大的枝晶（圖6（c）），而在0 DMSO電解液中的銅電極表面則粗糙且不均勻，此時(shí)鋅枝晶刺穿隔膜（圖6（b））.以上結(jié)果表明，DMSO添加抑制了鋅沉積過程中的枝晶形成，加快了鋅離子的穩(wěn)定沉積/剝離過程.

為了研究含DMSO電解液的實(shí)用性，將20% DMSO電解液用于Zn∥MnO2全電池中.在1 mV·s-1掃描速率下，全電池在0 DMSO和20% DMSO電解液中的循環(huán)伏安曲線相似（圖7（a）），這表明引入DMSO不會(huì)影響電極的氧化/還原反應(yīng)過程.

進(jìn)一步評(píng)估了全電池在0 DMSO和20% DMSO電解液中的倍率性能（圖7（b）），對(duì)于20% DMSO電解液中的Zn∥MnO2[JP2]全電池，其在電流密度為1C、2C、3C、4C、5C和6C時(shí)的可逆比容量分別為290. 3、160.2、120.8、83.2、42.1和21.7 mA·[JP]h·g-1，而在0 DMSO電解液中的Zn∥MnO2全電池的可逆比容量略低，分別為133.7、113.3、96.5、681、41.8和18.7 mA·h·g-1，這表明Zn∥MnO2全電池在含20% DMSO電解液中的性能優(yōu)于0 DMSO電解液.電池的充放電曲線如圖8（a）、8（b），發(fā)生兩個(gè)與鋅離子嵌入/脫嵌相關(guān)的反應(yīng)，這與CV分析結(jié)果一致.

進(jìn)一步評(píng)估了Zn∥MnO2電池在0 DMSO和20% DMSO電解液中的長(zhǎng)循環(huán)性能，如圖9（a），9（b）.可以發(fā)現(xiàn)，Zn∥MnO2電池的容量在20% DMSO電解液中的衰減速率比0 DMSO電解液中的要緩慢，這可能是由于DMSO引入降低了MnO2在電解液中的溶解速度.在20% DMSO電解液中，Zn∥MnO2電池在2C電流密度下循環(huán)800次的比容量仍高達(dá)100.1 mA·h·g-1，而在0 DMSO電解液中循環(huán)250圈后僅為40.8 mA·h·g-1，這證實(shí)了電池在20% DMSO電解液表現(xiàn)出更優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和可逆性.

3 結(jié)論

文中研發(fā)了一種含DMSO添加劑的硫酸鋅電解液，并將其用于鋅離子電池.研究表明，DMSO的引入極大縮短了鋅離子的二維擴(kuò)散時(shí)間及其尖端沉積時(shí)間，抑制了鋅枝晶的生長(zhǎng).當(dāng)鋅離子進(jìn)入三維擴(kuò)散階段時(shí)的比表面積并未顯著增加，鋅離子在電極表面均勻沉積，這有助于鋅（002）穩(wěn)定晶面的形成.此外，DMSO引入改變了鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)，減少了鋅負(fù)極副反應(yīng)的發(fā)生，提升了鋅負(fù)極的可逆性.以該電解液組裝的Zn∥Zn對(duì)稱電池在1 mA·cm-2 （0.5 mA·h·cm-2）電流密度下的循環(huán)壽命可達(dá)到3 000 h以上，Zn∥Cu半電池的循環(huán)壽命超過2 100 h，均優(yōu)于大部分同類電池的性能.在2C電流密度下，Zn∥MnO2全電池穩(wěn)定循環(huán)800圈后的比容量仍高達(dá)100 mA·h·g-1.

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（責(zé)任編輯：顧琳）