『水系锌电』陕西理工大学张丹、李乐团队&河南省科学院纪永强AFM：“锚定-配位-导电性”协同策略助力...

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的羧基、羟基和磺酸基团通过协同作用，优化了锌离子的配位环境，显著改善了电池的性能。

⭐ 多羧基保护层 ： IND 中的羧基在锌 负极表面形成多羧基保护层，并与 Zn ²⁺ 配合重构溶剂化结构。同时，羟基（ -OH ）通过氢键固定自由水分子，共同减轻副反应。

⭐ 柔性的高性能水系锌离子全电池： 使用 IND 电解液的软包电池循环性能优异。即便在电池弯曲、撕裂或切割的情况下，电池仍能正常充放电，并且没有发生过热或着火现象。这些测试表明， IND 电解液不仅提升了电池的性能，显著增强了电池的安全性和可靠性，为其在柔性设备和可穿戴设备中的应用提供了坚实的基础。

【图文导读】

图 1. (a) IND 分子静电电位图； (b) 结合能的 DFT 计算； (c) IND+ZS 电解质和 Zn ²⁺ 溶剂化结构单元的 MD 模拟快照； (d) IND+ZS 和 (e) ZS 电解质、 RDF 和 CAN 中的 Zn ─ O(H ₂ O,IND) ； (f) 不同 IND 含量的傅里叶变换红外光谱； (g) ZS 和 IND+ZS 的 v-SO ₄ ^2- 区拉曼光谱； (h) ZS 、 0.5IND+ZS 、 1IND+ZS 、 1.5IND+ZS 、 2IND+ZS 的 1H(D ₂ O) NMR 谱。

IND 分子通过其羧基（─ COOH ）、羟基（─ OH ）和磺酸基（─ SO ₃ H ）与锌离子（ Zn ²⁺ ）之间的相互作用。在分子动力学模拟中，我们观察到 IND 分子通过其负电荷区域（特别是羧基和磺酸基团）与 Zn ²⁺ 形成了稳定的配位复合物，改变了锌离子的溶剂化壳结构。图中进一步展示了 Zn ²⁺ 在纯 ZnSO4 电解液中和加入 IND 后，溶剂化结构的变化。通过 IND 的协同作用， Zn ²⁺ 溶剂化水分子的比例被降低，从而减少了溶剂水与电极之间的反应性，有效地避免了沉积不均、树枝晶的生长。

图 2. (a) H ₂ O 和 IND 分子在 Zn 金属表面的吸附能比较； (b) ZnSO ₄ （ H ₂ O 和 IND 分子）的 HOMO 和 LUMO 能级； (c) 锌箔在不同电解质中的接触角图像；锌箔在 IND+ZS 和 ZS 电解液中循环 50 次后的高分辨率 XPS 光谱： (d) c15 ； (e) ZS 和 IND+ZS 的离子迁移数； (f) ZS 和 IND+ZS 的电导率

针对 IND 在锌负极与电解液界面处的机理研究，开展了相关的理论计算以及实验表征。吸附能以及 HOMO 和 LUMO 能级计算表明 IND 相较与水分子更易吸附在锌负极表面，构建稳定的防护层

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