新型水系鋅離子電池憑借比容量高、安全性好等特點，有望成為新一代電化學(xué)儲能系統(tǒng)。然而，其在商業(yè)化應(yīng)用上仍然面臨著諸多難題，其中一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)就是枝晶生長。日前，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部胡林華研究員團隊提出一種全新策略，可以極大提升水系鋅離子電池充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《儲能材料》上。

枝晶是以樹枝狀形態(tài)生長的晶體，它們就像冬天尖銳的冰錐，不僅攻擊性強，還可能刺穿電池的“心臟”，使得正負(fù)極直接導(dǎo)通，引發(fā)電池短路失效。鋅離子電池的枝晶生長主要發(fā)生在鋅負(fù)極上，電池充放電時間越久，形成枝晶的概率越大，影響電池性能。因此，抑制枝晶生長是延長電池壽命的關(guān)鍵因素。

科研團隊利用一種名為“最高占據(jù)分子軌道能級”的分子特性，篩選出能夠穩(wěn)定鋅負(fù)極的非犧牲性陰離子型表面活性劑作為電解液添加劑。它們就像是為電池尋找合適的“保護劑”，以此抑制鋅枝晶的生長。

結(jié)合理論計算和實驗研究，科研人員發(fā)現(xiàn)使用十二烷基苯磺酸鈉作為添加劑能夠滿足“保護劑”的要求。這種化學(xué)物質(zhì)是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的清潔劑、乳化劑等，還是日常生活中洗衣粉、洗潔精的主要去污成分之一。在實驗中，該添加劑的使用顯著提升了電池的循環(huán)特性，穩(wěn)定性（電池的循環(huán)次數(shù)）提升了30倍，平均庫倫效率（鋅沉積與剝離的可逆性的比）也達到了98.15%。

這項研究成果找到了水系鋅離子電池的“長壽秘方”，提高了電池性能，延長了電池壽命，不僅為水系鋅離子電池的發(fā)展開辟了新的道路，也為其他電池中金屬負(fù)極的穩(wěn)定化提供了新思路。