由于其低成本、易用性和安全性，水性电解质被视为电化学储能应用的有前途的组分。水系锌离子电池具有优异的工业适应性和高能量密度等优点，近年来在水系储能技术中受到越来越多的研究。近日，英国伦敦大学学院Guanjie He将水的同位素 (EEI) 电化学效应引入锌离子电池电解质中，以应对严重副反应和大量析气的挑战。由于D₂O中离子的低扩散性和强配位性，副反应的可能性降低，导致电化学稳定电位窗口更宽，pH变化更小，循环过程中氢氧硫酸锌（ZHS）的生成更少。此外，该研究证明，由于局部离子和分子浓度始终较低，D₂O消除了循环过程中结合水变化产生的不同ZHS相，从而在电极和电解质之间形成稳定的界面。采用D₂O作为溶剂的电解质的全电池表现出更稳定的循环性能，在2 A g^-1电流密度下，于0.8-2.0 V的宽电压窗口下稳定循环1,000次。

文章要点

1. 由于D₂O中离子的低扩散性和强配位性，锌离子电池循环过程中副反应发生的可能性降低，导致电化学稳定电位窗口更宽，pH变化更小，循环过程中氢氧硫酸锌的生成更少。

2. 此外，研究证明，由于局部离子和分子浓度始终较低，D₂O 消除了循环过程中结合水变化产生的不同 ZHS 相，从而在电极和电解质之间形成稳定的界面。

3. 采用基于 D₂O 的电解质的全电池表现出更稳定的循环性能，在2 A g^-1的电流密度下，在 0.8-2.0 V 的宽电压窗口下，1,000 次循环后显示出 ~100% 的可逆效率，以及3,000 次循环，正常电压窗口为 0.8-1.9 V。

采用D₂O作为溶剂的电解质的全电池表现出更稳定的循环性能，在2 A g^-1电流密度下，于0.8-2.0 V的宽电压窗口下稳定循环1,000次。

展望

这项工作揭示了重水和普通水电解质之间的电化学同位素效应在锌离子电池中的应用。由于动力学和热力学的差异，基于重水的水性电解质表现出比基于普通水电解质更宽的电化学窗口，显示出对OER/HER的电活性有限、pH值变化较小和较少氢氧硫酸锌产生等特性。通过循环过程中ZHS中结合水的变化，首次发现重水抑制循环过程中不同氢氧硫酸锌相的生成，从而提供更稳定的电极-电解质界面。这项工作可以为水系电池电解质的合理设计和灵活生产提供有意义的见解。而且，重水对于氢氧硫酸锌在锌离子电池循环过程中相的调控也将是一个值得探究的方向。