研究背景
水基锌离子电池（AZIBs，Aqueous zinc ion batteries）具有较高的理论比容量（820 mAh g−1）、较高的析氢过电位、低平衡电位（−0.763 V vs标准氢电极（SHE））、低成本等优点，是未来电网规模储能的有力竞争者。
然而，由于锌枝晶生长、锌腐蚀和析氢等副反应导致循环稳定性差，库仑效率（CE）低，这在一定程度上阻碍了锌阳极的实际应用
锌的枝晶生长是锌反复沉积/剥离过程中的常见现象，这主要是电场分布不均和浓差极化引起的。垂直于电极表面生长的锌枝晶很容易刺穿电池隔膜而引发短路。此外，枝晶的生长伴随着新的锌/电解质界面的暴露，导致更多界面副反应的发生。
研究工作者采用了各种策略来解决与锌相关的问题，如表面处理、电解质优化和结构设计等。其中，使用添加剂对电解质改性具有方便、高效和成本效益高等优点而被认为是最有前途的方法之一。二甲基亚砜和三齿柠檬酸盐等添加剂可以作为络合剂与锌离子配位，使水分子从溶剂化鞘中排出，降低水活度。而乙醚和EDTA阴离子等添加剂可以吸附在金属锌表面，特别是凸起表面，从而改变表面能，提高界面稳定性。
虽然锌金属阳极的循环性能有了显著的提高，但在实际应用中仍然存在一些问题：1. 在大多数研究中，锌阳极只能在相对较低的电流密度（例如小于2 mA cm−2）下循环，这使得构建实用的全电池变得困难；2. 锌阳极的CE通常不高。这些问题一般与锌阳极/电解质界面不稳定有关。开发出一种能够抑制界面副反应和抑制锌枝晶生长的高性能电解液添加剂仍然是必要的。
工作简介
图片来源：Nano Energy论文
华中科技大学黄云辉教授课题组介绍了一种廉价且有效的添加剂，谷氨酸钠（MSG，也就是味精的主要成分）以提高锌阳极的循环性能。谷氨酸钠在水溶液中会解离，生成游离的Na+和谷氨酸阴离子（Glu−）。Glu−阴离子优先吸附在锌表面，阻止水分子与Zn接触，形成贫水双电层（EDL）。由于吸附的Glu-阴离子占据了水腐蚀和析氢的活性中心，副反应得到了很大的抑制。
此外，吸附的Glu−可以有效地重新分配Zn2+通量，促进[Zn(H2O)6]2+的去溶剂化，从而获得均匀快速的无枝晶锌沉积。因此，Glu-添加剂的双功能效应使锌负极在高电流密度下具有优异的可循环性。
添加MSG的Zn||Zn对称电池能够在5 mA cm−2电流密度下稳定循环1700h，这是无添加MSG对称电池的17倍。在添加剂MSG的作用下，NH4V4O10||锌全电池可稳定循环1000次，容量保持率高达93.6%，明显优于对照组。
内容详情
在水性电解液中浸泡21天前后金属锌的光学图像和SEM图像（图片来源：Nano Energy论文）
引入Glu-前后双电层的演变（图片来源：Nano Energy论文）
Zn||Zn对称电池的循环性能（图片来源：Nano Energy论文）
NH4V4O10||Zn全电池的循环性能（图片来源：Nano Energy论文）
总结
本文将一种Glu−阴离子添加剂引入水性电解质中，以提高锌金属阳极的循环稳定性和可逆性。基于实验结果和计算分析，作者证明了Glu−阴离子化学吸附在Zn金属表面形成稳定的Zn/电解质界面。吸附的Glu-阻断了Zn腐蚀和析氢副反应的活性位点，并重新分配Zn2+通量，促进了[Zn(H2O)6]2+的去溶剂化。Glu−的双功能效应导致高效且无枝晶的锌沉积与剥离。
谷氨酸钠的加入可以大大提高薄的锌阳极的利用率，增强NH4V4O10||Zn电池的循环稳定性。考虑到其低成本和易用性，谷氨酸钠是一种很有前途的AZIBs添加剂。
附：
参考文献
Zhong Y, Cheng Z, Zhang H, et al. Monosodium Glutamate, an Effective Electrolyte Additive to Enhance Cycling Performance of Zn Anode in Aqueous Battery[J]. Nano Energy, 2022: 107220.
文献链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522003019?via%3Dihub
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