定制贫水/富锌离子亥姆霍兹层实现长循环Ah级锌金属电池

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【研究背景】 金属锌以其高理论比容量、低氧化还原电位和环境友好性，被广泛认为具有巨大的应用潜力。然而，析氢反应（HER）、锌金属腐蚀和枝晶生长等问题严重影响了电池的循环性能。这些挑战主要源于亥姆霍兹层（Helmholtz plane, HP）在电化学反应中的结构演变。在传统锌电极中，水偶极子紧密排列在锌负极与电解液界面的溶液侧，构成内亥姆霍兹层（Inner Helmholtz plane, IHP）。而水合金属阳离子聚集在靠近水偶极子层的外侧，形成外亥姆霍兹层（Outer Helmholtz plane, OHP）。IHP中的水偶极子会触发析氢反应，随之而来的锌金属腐蚀则产生绝缘性副产物。此外，由于OHP中水合阳离子的存在阻碍了Zn 2+ 从水化层释放，使得锌负极/电解液界面的Zn 2+ 浓度与电极表面的电子电荷产生不匹配，这在快速充放电过程中加剧了电池的极化，进一步促进了锌枝晶的 ………………………………