Hydroxylierte ionische Flüssigkeiten als funktionale Zusatzstoffe für stabile wässrige Zn-Batterien

Zusammenfassung Wiederaufladbare Zink (Zn)-Metallbatterien sind aufgrund ihrer Sicherheit und Erschwinglichkeit vielversprechend für großflächige Energiespeicherung. Zn-Anoden in wässrigen Elektrolyten leiden jedoch unter ungleichmäßiger Ablagerung und Nebenreaktionen, die die Batterieleistung beeinträchtigen und die Lebensdauer verkürzen. Hier wird erstmals die Verwendung einer hydroxylfunktionalisierten ionischen Flüssigkeit, 1-Hydroxyethyl-3-methylimidazoliumtriflat (HO-EMImTfO), als Elektrolytzusatz zur Stabilisierung der Zn-Anode berichtet. Diese hydroxylfunktionalisierte ionische Flüssigkeit wirkt durch einen doppelten Mechanismus: 1) Die Hydroxylgruppe (─OH) von HO-EMIm+ integriert sich in die Zn2+-Solvathülle, indem sie Wassermoleküle verdrängt, verändert die Solvatationsstruktur und unterdrückt durch Wasser induzierte Nebenreaktionen; 2) HO-EMIm+ sammelt sich an der Zn-Oberfläche an, bildet eine HO-EMIm+-reiche Schicht, die die laterale Zn2+-Diffusion erleichtert und eine gleichmäßige Zn-Abscheidung fördert. Die Modulation des Zn2+-Solvationsumfelds und des interfasialen Ionenflusses unterdrückt effektiv die Zersetzung von Zn und die Bildung von Dendriten. Folglich erreichen Zn||Cu-Zellen mit HO-EMImTfO eine durchschnittliche Coulomb-Effizienz von 99,5 % über 1000 Zyklen bei 4 mA cm−2, und Zn||V2O5-Vollzellen behalten nach 1265 Zyklen bei 1 A g−1 eine Kapazität von 223,5 mAh g−1. Diese Arbeit zeigt das Potenzial strategisch entworfener hydroxylfunktionalisierter ionischer Flüssigkeiten für langlebige wässrige Zn-Batterien auf.