近日，吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室王晓峰教授团队在锌离子电池研究方面取得重要进展，相关成果以“Remodeling Zinc Deposition via Multisite Zincophilic Chlorophyll for Powerful Aprotic Zinc Batteries”为题发表在国际期刊《Nano Letters》上。
近年来，水性锌离子电池因其低成本和高安全性而受到广泛关注，但锌负极上析氢等一系列的负面寄生反应严重制约了水系锌电池的发展。有机电解液由于消除了水分子的活性，可以从根本上解决水系电解液中的析氢问题。然而，在这种非水的有机电解质体系中由于低离子电导率和有机溶剂的高粘度，导致糟糕的传质和缓慢的反应动力学。
为了进一步稳定锌负极和改善传质过程，我们筛选出一种具有特殊共轭结构和多重带电官能团的叶绿素分子(zinc methyl 3-devinyl-3-hydroxymethyl-pyropheophorbide-ɑ, Chl)作为非质子锌电池的多功能电解质添加剂。结合实验结果和第一性原理计算，我们发现Chl添加剂有效地抑制了电解液的过度分解，拓宽了电化学窗口，并提高了电池在高压下的稳定性。同时这种接枝不同极性官能团的高度共轭Chl表现出多位点的亲锌性，显著降低了锌的成核势垒，增加了成核位点，促使金属锌均匀成核，获得了无枝晶锌负极。此外，Chl较低的LUMO有助于形成含Zn-N键的SEI层，因此，该电解液可实现反复剥离/镀锌达2000 h (2 Ah cm-2的累计容量)，库仑效率高达99.4%。这项工作有望对有机电解质体系的实际应用提供潜在指导。
论文第一作者为吉林大学物理学院2020级凝聚态物理专业博士研究生许雨婷，通讯作者为王晓峰教授。该工作得到了国家自然科学基金面上项目的资助。
论文全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01481
