江苏大学Advanced Science：倾向于卧着吸附的“多氮杂环”添加剂用于深度沉积/剥离条件下Zn离子电容器阳极的高效稳定

在ZnSO₄ (ZS) 溶液中加入含O/N杂原子的有机化合物是抑制Zn阳/负极枝晶和副反应的有效策略之一。然而，通过这种方法解决高电流密度和面容量（即，深度电镀/剥离）下的稳定性仍然是一个挑战，特别是在以高功率和长寿命而著称的电容器中。

近日，江苏大学卜永锋、梁红玉副研究员，在Advanced Science期刊上发表题为“Easy-to-Lay Poly-N Heterocyclic Additives Enable Long-Term Stabilization of Zinc-Ion Capacitor Anodes under Deep Plating/Stripping”的观点文章。该文章提出了一种“含有四个对称分布N原子的有机杂环化合物（1, 4, 7, 10-四氮杂环十二烷，TC）”作为典型ZS电解液的添加剂；其在深度沉积/剥离条件下（10-20 mA cm^-2和mAh cm^-2），将Zn阳极的循环寿命提升至240-1000 h。

由于更负的静电势和结合能，TC通过与H2O竞争对Zn²⁺配位，使Zn(H2O)₆²⁺转化为更加稳定的团簇Zn(H2O)6-x(TC)x2+，减少了Zn界面的游离H2O，有效地抑制了Zn²⁺在沉积/剥离过程中因H₂O/SO₄^2-引发的副反应。

与原始ZS相比，TC改性电解液展现出快的3D扩散和更低的成核过电位，促进了Zn沉积的均匀性和紧密性。TC更倾向于以卧着（而非直立）的方式吸附于吸附能最低的Zn（002）（相对于Zn（101）和Zn（100））。

将Zn负极的寿命从~30 h提升到~1000和~240 h；相应的累积容量分别达5.0和2.4 Ah cm^-2，同时保持高的库仑效率（99%）。在如此苛刻的条件下（10-20 mA cm^-2和mAh cm^-2），TC所赋予的> 240-1000h的稳定性，远优于一些典型的含N、N/O的有机添加剂。

以TC0.07/ZS为电解液的ZICs在0.1 A g^-1下可提供197 mAh g^-1的容量，明显高于使用ZS的143 mAhg^-1（即使电流密度提高100倍到10 Ag^-1）。5 A g-1下充电/放电循环的次数大于28000次（容量保持率> 95%），而ZS仅13000次循环后，容量保持率降低至40.1%。本工作中提出的TC在大电流条件下的高容量保持率和循环次数确实优于已报道的ZICs典型添加剂。

Easy-to-Lay Poly-N Heterocyclic Additives Enable Long-Term Stabilization of Zinc-Ion Capacitor Anodes under Deep Plating/Stripping