近日，大連化物所催化基礎國家重點實驗室無機膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員和朱凱月研究員團隊在鋅離子電池電解液研究方面取得新進展，揭示了電解液中水含量對正負極界面動力學和可逆性的影響，發現通過適當的調控電解液中的水含量，可以打破鋅離子電池中高容量和長壽命難以兼得的限制，進而同時實現鋅離子電池的高容量和長壽命。

水系鋅離子電池具有安全性好、成本低等優點，在儲能領域具有重要應用潛力。然而，電解液中的水在鋅離子電池中就像一把雙刃劍，得益于采用水溶劑，鋅離子電池非常安全，同時具有高離子電導率，保證了電池具有出色的快速充放電能力；此外，電解液中水的存在有助于提供質子以插入正極材料，從而提高容量。但是，過量的水導致負極的腐蝕和鋅枝晶形成以及正極材料的溶解問題，從而限制了鋅離子電池的長期循環性能。因此，為了同時實現鋅離子電池的高容量和長壽命，必須精確控制水含量。

本工作中，研究團隊選擇乙腈作為有機溶劑代表，探究了電解液中不同水含量對正負極反應動力學和穩定性的影響，以及對全電池容量和壽命的影響規律。研究發現，電解液中即使只有少量的水（8%v/v），就能夠實現鋅離子電池的最高容量，并表現出優異的長期循環穩定性，在6A/g電流下，經過9000次循環后容量保留率高達80%。電解液中的水含量還可以影響Zn2+周圍的溶劑化結構以及電解液的物理性質，如離子電導率、電化學窗口和防凍性能等。此外，團隊系統深入研究了含水量對釩基正極和鋅負極界面微觀反應機制的影響，不僅加深了對鋅離子電池機理的理解，也為通過電解液設計實現鋅離子電池的優異性能提供了新的思路。

上述工作以“Breaking the trade-off between capacity and stability in vanadium-based zinc-ion batteries”為題，于近日發表在《化學科學》（Chemical Science）上。該論文的第一作者是大連化物所504組與中國科學技術大學聯合培養的博士研究生蔣偉康。該項研究得到了遼寧省自然科學基金、大連化物所創新基金等項目的資助。