清華大學的研究人員提出了一種想法，通過對普通蔗糖進行化學修飾來穩(wěn)定水鋅電池中的鋅離子環(huán)境，并提高設(shè)備的安全性能。

在一篇發(fā)表在《納米研究》(NanoResearch)雜志上的論文中，科學家們表示，和目前的鋰電池相比，水鋅電池成本更低，甚至更安全，因為它們不要易燃的有機電解質(zhì)。除此之外，鋅陽極具有較高的理論容量，這使得這些電池在未來電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域的應(yīng)用前景更加廣闊。

到目前為止，鋅電池的問題是，當陽極表面的鋅離子(Zn2+)濃度降至零時，枝晶開始生長。不受控制的Zn枝晶生長會惡化電化學性能，嚴重威脅安全運行。

該研究的合著者劉美男在一份媒體聲明中說:這些樹突可以穿透隔膜，導致電池短路。

Liu表示，過去的研究表明，調(diào)節(jié)溶劑環(huán)境(稱為溶劑化結(jié)構(gòu))可以新增Zn2+在電場下的遷移率，并成功抑制枝晶的生長。問題是，之前的這些調(diào)整比如引入其他鹽或加入更少的水分子最終也會降低體系的離子電導率。

研究人員說:關(guān)于Zn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)和它的流動性有一個基本的認識差距。這是影響Zn陽極枝晶生長和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

為了填補這一空白，Liu和他的同事嘗試了一種新方法:引入具有多個羥基的普通蔗糖，即氫和氧結(jié)合在一起進入電解質(zhì)，以調(diào)整Zn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)。

通過進行原子模擬和實驗，研究團隊證實，蔗糖分子增強了流動性，并在不影響穩(wěn)定性的情況下阻止了樹突生長。

Liu說:研究結(jié)果證實，溶劑化鞘中的蔗糖分子不僅增強了流動性，確保快速的Zn2+動力學，而且保護Zn陽極免受水腐蝕，成功地實現(xiàn)了無Zn枝晶沉積和副反應(yīng)抑制。這表明了將這種簡單的蔗糖改性用于未來高性能鋅電池的巨大潛力，并使該研究領(lǐng)域向?qū)崿F(xiàn)安全、綠色、高性能鋅電池的最終目標邁進了一步。