近日，北京化工大学材料科学与工程学院徐斌教授、朱奇珍副教授团队在《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Optimal Molecular Configuration of Electrolyte Additives Enabling Stabilization of Zinc Anodes”的研究论文。该论文研究发现，在水系锌离子电池的电解液添加剂中，除极性官能团的作用外，能够与Zn(002)晶面优先形成强化学吸附的分子构型也是提升锌负极性能的关键因素。

水系锌离子电池因其高比能和低成本，被视为大规模储能的理想选择。然而，锌金属负极在循环过程中易形成枝晶，并发生界面副反应，导致循环稳定性差，严重限制了其应用。在电解液中添加具有羟基、羰基等极性官能团的添加剂，可以提高锌负极的电化学性能。然而，现有研究大多关注添加剂的极性官能团作用，忽略了分子的空间构型的影响。

本论文采用实验分析和理论计算相结合的方法，对六种2,3,4,5-四羟基戊醛立体异构体作为水系锌离子电池电解液添加剂的性能进行了比较分析。结果表明，分子构型优化对于提升锌负极性能至关重要。在六种异构体中，D-***糖（DA）能够与Zn(002)晶面形成优先且最强的化学吸附，对锌负极性能的提升效果最为显著。在含有DA添加剂的ZnSO₄电解液中，DA分子有效修饰了锌负极/电解液界面，重排了氢键网络，促进了水合[Zn(H₂O)₆]²⁺的快速脱溶，并调控了Zn²⁺的沉积行为，有效防止了锌枝晶的形成与生长。因此，在含DA的ZnSO₄电解液中，锌负极表现出优异的稳定性和可逆性，Zn||Zn对称电池的循环寿命超过1000 h，Zn||NVO全电池在4 A g^-1下循环2000次后的容量保持率为70.1%。本研究不仅为水系锌离子电池提供了一种高性能的电解液添加剂，而且为电解液添加剂的分子设计提供了新的视角。

北京化工大学材料科学与工程学院博士研究生杨勇为论文第一作者，徐斌教授、朱奇珍副教授为论文的共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202316371