水性锌电池是其锂离子电池的有希望的替代品，但它们存在相同的问题之一：枝晶的形成。 这些针状结构在锌阳极表面形成并生长到电解质中，导致电池短路，在某些情况下甚至点燃。 中国的一组研究人员现已表明，在电解液中添加经羟基化学修饰的普通食糖（蔗糖）可以通过改变溶剂环境来减缓锌枝晶的生长。 更重要的是，蔗糖还在阳极上形成保护涂层并减缓其腐蚀。
锂离子电池是当今便携式电子产品和电动汽车中使用最广泛的电池，但它们所含的易燃有毒有机电解质令人担忧。 与其他一些更常见的金属相比，锂也很昂贵，全球供应受到各种不确定性的影响。 通常由水性电解质形成的锌电池是一种有吸引力的替代品，因为锌比锂更便宜、毒性更小、更容易回收和更广泛地使用。 它们还具有高能量密度和高比容量（820 mAh/g 和 5 855 mAh/cm3）和锌阳极的良好氧化还原电位（-0.76V 与标准氢电极相比）。
问题是当锌离子（Zn2+) 阳极表面的浓度降至零，枝晶开始在其上生长。 这些结构的存在会导致电池的电化学性能恶化，如果不加以控制可能会很危险。
修改溶剂环境
最近的研究表明，通过例如引入盐或包含更少的水分子来改变溶剂环境（或“溶剂化结构”）可以提高 Zn2+ 离子响应电场而移动，因此抑制了枝晶的生长。 然而，不幸的是，这种调整会降低电池系统的离子电导率，从而导致整体性能下降。
在这项新研究中，由纳米技术专家领导的研究人员 刘美楠 的 中国科技大学 发现引入含羟基的蔗糖是调节锌溶剂化结构的有效途径2+ 离子，这提高了离子传播的速度，而不会降低离子电导率。 蔗糖还可以稳定水性电解质，同时吸收到锌阳极上，在其上形成保护层。 他们说，这阻碍了锌阳极上电解质的腐蚀。
“具有羟基的蔗糖与锌强烈相互作用2+ 与电解质中的水分子相比，”刘解释说。 “因此它可以取代一些水分子并与锌配位2+，因此调节离子的溶剂化结构。”
枝晶形成减少
“改性锌2+ 溶剂化结构对离子的动力学有重要影响，包括它们通过电解质扩散的速率，”她告诉 物理世界. “我们的实验结果清楚地表明，Zn 的迁移数2+ 离子随着蔗糖的引入而增加。 如前所述，这种增强的离子迁移率有助于减少枝晶的形成。”
工业盐使锌电池更安全、更可持续
据研究人员称，他们的技术可以帮助科学家开发高性能锌电池，并使安全、环保的锌电池更接近现实。
展望未来，Liu 及其同事表示，他们计划专注于开发在较低温度下具有良好离子电导率的电解质。 他们详细介绍了他们目前的研究 纳米研究.
