English

• 0.   引言

  水系锌离子电池(AZIBs)因其高理论比容量(820 mAh·g^-1，5 855 mAh·cm^-3)、高离子电导率、环境友好、低成本等优势，被视为大规模储能领域有前景的候选体系之一^[1-3]。但是锌枝晶生长和副反应等问题会导致AZIBs的循环稳定性和库仑效率显著降低，严重制约其实际应用^[4-7]。具体原因如下：一方面，Zn²⁺在电解质中的不均匀传输以及锌负极固有的热力学不稳定性会引发锌的不均匀成核与水诱导反应，导致锌枝晶的生成和副反应的发生^[8-10]。另一方面，锌负极表面累积的OH^-会诱发副反应，这一过程将进一步促进锌枝晶的生长^[11-12]。因此，合理设计电解质能有效抑制锌枝晶和副反应，提高锌负极稳定性。

  研究者采取了多种电解质改性策略，包括制备“盐包水”电解质^[13]、水凝胶电解质^[14]、共晶电解质^[15]，以及使用电解质添加剂^[16-17]等。其中，使用电解质添加剂是最简单高效的策略。通过引入微量添加剂，可有效提升电极/电解质界面的稳定性，从而调控Zn²⁺的沉积行为与扩散动力学性能，显著抑制锌枝晶生长。电解质添加剂中有机功能添加剂的种类多样，其分子中特定的原子或官能团能吸附在锌负极表面，构筑一层保护界面层，从而诱导锌均匀沉积^[18-19]。此外，有机物还能重构Zn²⁺溶剂化结构，有效抑制副反应，为实现AZIBs的长期循环性能提供保障^[20]。近年来，含羟基的醇类衍生有机化合物因其独特的分子结构，受到了广泛关注^[21-22]。其中低元醇类衍生有机化合物^{[21, 23]}中的羟基官能团含量较低，若要实现有效性能调控作用则需提高添加浓度，但这会导致电解质黏度上升，Zn²⁺的扩散动力学速率减缓，并增加沉积过程所需克服的能垒^[24]。

  基于此，我们选用羟基含量高、分子量较小且环境友好的肌醇作为电解质添加剂，成功制备了ZnSO₄+肌醇(ZSO+肌醇)电解质。肌醇中的极性羟基官能团为电解质提供了优异的亲锌性，并参与了Zn²⁺溶剂化结构重构，优化了Zn²⁺配位环境，降低了电极/电解质界面自由水活度，有效抑制了副反应发生。其次，肌醇能够优先吸附在锌负极表面，提升负极与电解质润湿性，改善电极/电解质界面的稳定性。此外，肌醇的多羟基特性为Zn²⁺的迁移提供了丰富的活性位点，显著增强了扩散动力学性能，有效提高了Zn²⁺迁移数，抑制了锌枝晶生长。因此，采用ZSO+肌醇电解质的Zn||Zn对称电池表现出优异的循环稳定性，在1 mA·cm^-2和1 mAh·cm^-2条件下，循环寿命达到2 000 h；Zn||Cu半电池在1 mA·cm^-2和1 mAh·cm^-2条件下的平均库仑效率为99.7%；Zn||ZVO全电池在1 000圈循环后，仍能保持72.7 mAh·g^-1的容量。

  1.   实验部分

  1.1   试剂

  一水合硫酸锌(ZnSO₄·H₂O，分析纯)、肌醇(inositol，分析纯)、偏钒酸铵(NH₄VO₃，分析纯)以及六水合硝酸锌(Zn(NO₃)₂·6H₂O，分析纯)均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。所有试剂均直接使用，未经进一步纯化。锌箔、不锈钢箔、铂丝、铜箔均购自东莞科路得创新科技有限公司。聚偏二氟乙烯(PVDF，分析纯)及1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP，分析纯)购自重庆川东化工有限公司。炭黑(Super P，分析纯)购自成都金山化学试剂有限公司。

  1.2   电解质的制备

  将3.6 g ZnSO₄·H₂O溶解于10 mL去离子水中，得到2 mol·L^-1 ZnSO₄电解质，随后分别添加不同浓度(0.25、0.50、0.75、1.00 mol·L^-1)的肌醇以制备复合电解质，并分别命名为0.25ZSO+肌醇、0.50ZSO+肌醇、0.75ZSO+肌醇和1.00ZSO+肌醇，以2 mol·L^-1 ZSO作为对照。基于电解质的溶解度和循环性能确定肌醇的最佳添加浓度，具体讨论见图S1(Supporting information)。最终选取0.75ZSO+肌醇(后文如无特别说明，ZSO+肌醇均指0.75ZSO+肌醇)进行后续研究。

  1.3   正极材料的制备

  为了制备钒酸锌(Zn₃V₃O₈，ZVO)正极，首先将0.01 mol NH₄VO₃和0.01 mol Zn(NO₃)₂·6H₂O溶于40 mL去离子水中，在80 ℃下持续搅拌，得到黄色溶液后转移到高压反应釜中，在180 ℃下反应6 h。反应物经过滤后用去离子水清洗3次，在60 ℃真空烘箱中干燥24 h得到ZVO粉末。随后，将制备的ZVO、Super P和PVDF按7∶2∶1的质量比混合在NMP溶剂中，得到均匀浆料。将所得浆料均匀涂覆在不锈钢箔上，并于60 ℃下干燥12 h。ZVO活性物质的负载量为1.0~1.2 mg·cm^-2。

  1.4   表征测试

  采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR，Thermo Fisher Scientific Nicolet iS20)在室温下对样品进行光谱测试，波数范围为400~4 000 cm^-1。拉曼(Raman)光谱则通过Renishaw inVia型光谱仪进行表征。采用液态核磁共振波谱仪(NMR，Bruker Avance NEO，400 MHz)对不同电解质中Zn²⁺的溶剂化结构进行分析。采用扫描电子显微镜(SEM，ZEISS Sigma 300)对样品的表面形貌进行表征。为评估电极材料与电解质的界面相容性，利用接触角测量仪(JC2000D1)表征了ZSO、ZSO+肌醇电解质液滴在锌箔表面的接触角。此外，采用光学显微镜(MED D45T)在50×16(物镜×目镜)放大倍数下，对电池充放电过程中锌电极表面的沉积行为及副反应进行原位观测。

  1.5   电池组装与电化学测试

  采用ZSO+肌醇或ZSO为电解质，玻璃纤维为隔膜，在CR2032型扣式电池中组装了Zn||Zn对称电池、Zn||Cu半电池和Zn||ZVO全电池。使用新威(深圳)电池测试系统对所有电池的循环稳定性、倍率性能和库仑效率进行了测试。采用电化学工作站(CHI660E, 中国)进行电化学测试，包括Tafel曲线、循环伏安法(CV)曲线、线性扫描伏安法(LSV)曲线、计时电流(CA)曲线和电化学阻抗谱(EIS)。其中，Tafel和LSV曲线在三电极体系中测试，工作电极为锌箔，对电极为铂丝，参比电极为饱和甘汞电极(Hg/Hg₂Cl₂)，扫描速率为5 mV·s^-1。EIS采用Zn||Zn对称电池测试，频率范围为0.01 Hz~100 kHz。CA曲线采用Zn||Zn对称电池在-150 mV的过电位下持续测试300 s得到。CV曲线采用Zn||Cu半电池和Zn||ZVO全电池测试。

  采用Zn||Zn对称电池，在极化电压(ΔV)为10 mV的条件下测定Zn²⁺迁移数 $\left(t_{\mathrm{Zn}^{2+}}\right)$，并通过以下公式计算：

  $ t_{\mathrm{Zn}^{2+}}=\frac{I_{\mathrm{s}}\left(\Delta V-I_0 R_0\right)}{I_0\left(\Delta V-I_{\mathrm{s}} R_{\mathrm{s}}\right)} $

  (1)

  其中，I₀和I_s分别表示极化过程中的初始电流和稳态电流，R₀和R_s分别表示测试电池的初始界面阻抗和稳态界面阻抗。

  1.6   理论计算

  所有理论计算均使用Materials Studio(MS 2019)软件中的Amorphous Cell和DMOL3、CASTEP模块进行。采用Compass Ⅱ力场对Zn²⁺、SO₄^2-、肌醇及H₂O进行电荷分配，最大迭代次数为5 000次。随后，每个样品在微正则系综(NVE系综)下进行模拟，测试温度为298 K，时间步长为1 fs，总模拟时长为500 ps(以保证达到平衡状态)。所有模拟均在标准周期性边界条件下进行，模拟轨迹每1 000步记录一次。通过分子动力学模拟(MD)计算了Zn²⁺—O在不同分子或离子间的径向分布函数和配位数(CN)。

  采用MS 2019软件进行密度泛函理论(DFT)计算。通过DMOL3模块完成了静电势的分析与可视化。采用MS 2019软件中的DMOL3模块，基于广义梯度近似和Becke-Lee-Yang-Parr交换相关泛函，以实现几何结构的优化。计算过程中电子自洽场(SCF)的收敛阈值设置为10⁻⁶ eV^[25]。同时，SCF密度收敛均在50次迭代内实现。几何优化前，利用MS 2019软件中的距离测量工具确定了Zn²⁺与H₂O、Zn²⁺与肌醇的相互距离为0.3 nm。结合能(E_b)通过下述方程进行计算：

  $ E_{\mathrm{b}}=E_{\text {complex }}-E_{\mathrm{A}}-E_{\mathrm{B}} $

  (2)

  其中，E_complex代表复合结构的总能量(eV)，E_A和E_B分别表示相互作用的A、B组分的能量(eV)。

  采用MS 2019软件中的CASTEP模块进行第一性原理计算，基于广义梯度近似和Perdew-Burke-Ernzerhof交换相关泛函^[26]。为计算不同组分在锌晶体表面的吸附能，构建了Zn(100)、Zn(101)、Zn(002)晶面作为吸附表面，并选取H₂O和肌醇作为吸附质。吸附能(E_ad)通过以下公式进行计算：

  $ E_{\text {ad }}=E_{\text {total }}-E_{\mathrm{C}}-E_{\mathrm{D}} $

  (3)

  其中，Et_otal表示吸附体系的总能量(eV)，E_C和E_D分别代表锌原子基组与孤立吸附质的能量(eV)。

  2.   结果与讨论

  2.1   肌醇对溶剂化结构的调控

  通过光谱分析揭示了肌醇对Zn²⁺溶剂化结构的影响。如图 1a所示，在ZSO电解质中，¹H NMR谱图于δ=4.737处出现一个特征峰；而加入肌醇后，该峰位移至δ=4.686的高场区域，表明肌醇分子部分取代了Zn²⁺溶剂化鞘层中的水分子^[27]。Raman光谱(图 1b)显示，对应SO₄^2-的对称伸缩振动峰从980.7 cm^-1蓝移至982.4 cm^-1，这表明Zn²⁺的溶剂化结构发生了重构^[28]。FTIR谱图(图 1c)进一步证实了这种变化：在ZSO+肌醇电解质中，O—H的伸缩振动峰(3 000~3 600 cm^-1)出现轻微红移，而O—H弯曲振动峰(1 550~1 750 cm^-1)则轻微蓝移，说明水分子间的原始氢键网络被打破。同时，SO₄^2-的伸缩振动峰从1 074 cm^-1蓝移至1 081 cm^-1，这归因于肌醇的存在减弱了Zn²⁺与SO₄^2-之间的相互作用^[29-30]。

  图 1

  

  图 1.  ZSO和ZSO+肌醇的(a) ¹H NMR、(b) Raman和(c) FTIR谱图; ZSO的(d) MD模拟图和(e) RDF图; ZSO+肌醇的(f) MD模拟图和(g) RDF图

  Figure 1.  (a) ¹H NMR, (b) Raman, and (c) FTIR spectra of ZSO and ZSO+inositol; (d) Snapshots of the MD simulation and (e) RDF curves of ZSO; (f) Snapshots of the MD simulation and (g) RDF curves of ZSO+inositol

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  通过MD、径向分布函数[RDF，其中r为Zn²⁺与对应离子或分子(H₂O、SO₄^2-、肌醇)之间的核间距，g为径向分布函数]以及配位数分析，研究了肌醇对调控电解质溶剂化结构的影响。肌醇分子中的极性羟基官能团极易与Zn²⁺发生配位，从而改变Zn²⁺的溶剂化结构^[31-32]。如图 1d所示，在ZSO中，SO₄^2-通过水分子氢键网络与Zn²⁺形成[Zn(H₂O)₅SO₄]结构，RDF(图 1e)显示，Zn²⁺—O(H₂O)和Zn²⁺—O(SO₄^2-)的对应配位数分别为5.2和0.8。该结果证实了Zn²⁺溶剂化鞘层约由5个H₂O和1个SO₄^2-阴离子占据。

  加入肌醇后，电解质呈现出新的溶剂化结构。如图 1f、1g所示，Zn²⁺—O(H₂O)、Zn²⁺—O(SO₄^2-)和Zn²⁺—O(肌醇)的配位数分别为4.0、0.9和1.1。上述结果有力地证明了肌醇重构Zn²⁺的溶剂化结构，形成了由4个H₂O、1个SO₄^2-和1个肌醇分子共同配位的[Zn(H₂O)₄(SO₄)(C₆H₁₂O₆)]溶剂化结构，从而抑制了活性水引发的副反应。

  2.2   对称电池和半电池电化学性能

  为系统评估ZSO+肌醇电解质对电池性能提升的效果，在不同条件下测试了Zn||Zn对称电池的长循环性能^[33]。如图 2a所示，采用ZSO+肌醇电解质的Zn||Zn对称电池在1 mA·cm^-2和1 mAh·cm^-2的工作条件下展现出长达2 000 h的循环寿命，相比之下，采用ZSO电解质的电池仅能稳定循环约100 h，前者循环时长约为后者的20倍。特别地，在3 mA·cm^-2和3 mAh·cm^-2测试条件下，ZSO+肌醇电解质仍能维持长达1 000 h的稳定循环，而ZSO电解质仅能支撑约120 h，前者寿命约为后者的8倍(图S2)。上述结果充分证明肌醇添加剂有效抑制了锌负极枝晶生长和副反应，显著提升了Zn||Zn对称电池的循环稳定性，大幅延长了电池的使用寿命。进一步研究了不同电解质的对称电池在不同电流密度(1、2、3、5、11 mA·cm^-2以及回到5、3、2、1 mA·cm^-2)下的倍率性能。如图 2b所示，采用ZSO+肌醇电解质的电池在从1 mA·cm^-2增至11 mA·cm^-2再回到1 mA·cm^-2的过程中保持稳定，而由ZSO电解质组装的电池在约45 h后发生短路。在1 mA·cm^-2和1 mAh·cm^-2条件下的不同电解质对应的Zn||Cu半电池中对比了锌负极的可逆性(图 2c)。ZSO电解质对应的电池仅稳定循环45圈，平均库仑效率为97.5%。形成鲜明对比的是，ZSO+肌醇电解质对应的半电池展现出优异性能，在1 000圈循环中实现了99.7%的平均库仑效率。图 2d和2e显示，ZSO电解质的Zn||Cu半电池具有较高的滞后电压(234.2 mV)，而ZSO+肌醇电解质的滞后电压较低(61.8 mV)，证明了其优异的锌沉积/剥离可逆性。不同电解质对应的Zn||Cu半电池的CV曲线对比进一步印证了上述观点。如图 2f所示，ZSO+肌醇电解质的成核过电位(42 mV)低于ZSO(72 mV)，表明肌醇的引入有效促进了Zn²⁺的迁移，降低了锌沉积的成核能垒。

  图 2

  

  图 2.  Zn||Zn对称电池: (a) 循环性能(插图: 三个不同时间的对称电池循环性能对比)和(b) 倍率性能; Zn||Cu半电池: (c) 库仑效率、(d、e) 在不同循环圈数下的电压曲线和(f) CV曲线

  Figure 2.  Zn||Zn symmetric batteries: (a) cycle performances (inset: comparison of cycling performance of symmetric cells at three different time points) and (b) rate performances; Zn||Cu half cells: (c) Coulombic efficiencies, (d, e) voltage curves at different cycle numbers, and (f) CV curves

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  2.3   肌醇添加剂稳定锌负极的机制

  通过DFT和电化学测试深入分析ZSO+肌醇电解质稳定锌负极的机制。如图 3a所示，通过计算H₂O和肌醇在Zn(100)、Zn(101)和Zn(002)三个晶面的吸附能可知，肌醇在Zn(002)晶面的吸附能最大，为-0.67 eV，明显高于其在Zn(100)(-0.38 eV)和Zn(101)(-0.42 eV)晶面的吸附能。相比之下，H₂O分子在各Zn晶面的吸附能普遍较低，分别为-0.34、-0.29、-0.32 eV。这一结果表明，肌醇分子优先吸附在锌负极表面并维持贫水界面，抑制了水引发的副反应。此外，图S3的结果表明，相较于纯ZnSO₄体系，肌醇的引入显著降低了界面双电层电容，证明肌醇分子可置换负极界面吸附水分子并优先占据锌表面活性位点，有效构建贫水界面^[34]。为了验证肌醇对电解质界面性能的调控作用，进行了接触角表征(图 3b)。由于ZnSO₄电解质固有的疏水性，其接触角为90.7°；ZnSO₄+肌醇电解质的接触角较小(80.2°)，归因于肌醇优异的亲锌性有效改善了电解质对锌负极的界面润湿性^[35]。另外，如图S4所示，肌醇的最高占据分子轨道(HOMO)能级(-5.45 eV)明显高于H₂O(-6.69 eV)，这表明肌醇有更强的给电子能力，能在锌负极表面优先吸附^[36]。为了进一步验证肌醇分子优先吸附的特性，计算了肌醇的表面静电势(ESP)。如图 3c所示，肌醇分子中的羟基官能团区域呈现出极强的负电位，表明其具有显著的极性特征。这种高度极化的电子分布使得肌醇分子能够与锌负极表面形成强烈的相互作用，为其在锌负极表面优先吸附提供了理论依据。

  图 3

  

  图 3.  (a) H₂O和肌醇在不同晶面上的吸附能; (b) 不同电解质的接触角; (c) 肌醇的ESP分布; (d) Na₂SO₄和Na₂SO₄+肌醇电解质的LSV曲线

  Inset: schematic illustration of H₂O, inositol, and their interactions with different crystal facets of Zn.

  Figure 3.  (a) Adsorption energies of H₂O and inositol on different planes; (b) Contact angles of different electrolytes; (c) ESP mapping of inositol; (d) LSV curves of Na₂SO₄ and Na₂SO₄+inositol electrolytes

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  为了排除Zn²⁺嵌入/脱出及锌沉积/剥离等法拉第过程的干扰，从而独立地表征电极材料在非活性离子环境下的本征电化学响应，使用Na₂SO₄代替ZnSO₄测试不同电解质的LSV曲线，如图 3d所示。与Na₂SO₄电解质相比，Na₂SO₄+肌醇电解质在整个测试电位区间内均表现出更低的响应电流，这一结果证实了电解质中添加肌醇能抑制析氢反应。采用Tafel曲线评估了不同电解质的耐腐蚀性能。如图S5所示，相较于ZSO电解质(3.0 mA·cm^-2)，ZSO+肌醇电解质的腐蚀电流密度降至2.2 mA·cm^-2，这表明肌醇有效抑制了腐蚀反应^[37]。以上结果充分证明，ZSO+肌醇电解质能够显著抑制副反应的发生，稳定锌负极表面。

  2.4   肌醇添加剂对锌沉积的调控

  为了探究肌醇添加剂对锌沉积的调控，在-150 mV的恒定过电位下采用Zn||Zn对称电池进行了CA测试。如图 4a所示，采用ZSO的锌负极的电流密度呈现线性增加趋势，表明存在不受控的二维扩散和无序成核^[38]。相比之下，采用ZSO+肌醇的锌负极电流密度迅速趋于稳定(20 s)，表明肌醇的引入增加了锌的成核位点。此外，肌醇与Zn²⁺的结合能为-7.77 eV(图S6)，该数值显著低于Zn²⁺与H₂O的(-3.03 eV)，进一步证实了ZSO+肌醇电解质能调控Zn²⁺定向迁移，锌均匀沉积^[39]。为了进一步研究锌沉积行为，采用Zn||Zn对称电池在循环20圈后对不同电解质进行了SEM测试。如图 4b所示，ZSO+肌醇电解质的锌负极呈现出致密光滑的表面，无明显凸起。相比之下，采用ZSO电解质的锌负极表面则出现大量无序的锌枝晶。图 4c和S7对比了不同电解质中Zn||Zn对称电池的Zn²⁺迁移数。根据CA曲线和EIS计算结果可知，ZSO电解质的Zn²⁺迁移数仅为0.30，而ZSO+肌醇电解质则表现出更高的Zn²⁺迁移数(0.67)，这是因为肌醇增强了Zn²⁺在电解质中的扩散能力^[32]。更高的离子迁移动力学速率抑制了锌枝晶的生长，均匀了锌沉积。

  图 4

  

  图 4.  ZSO和ZSO+肌醇电解质的(a) CA曲线、(b) 循环20圈后锌负极的SEM图、(c) Zn²⁺迁移数及(d) 在10 mA·cm^-2下的原位光学显微镜图像(标尺: 50 μm)

  Figure 4.  (a) CA curves, (b) SEM images of Zn anodes after 20 cycles, (c) Zn²⁺ transference numbers, and (d) in-situ optical microscopy images at 10 mA·cm^-2 (scale bar: 50 μm) of ZSO and ZSO+inositol electrolytes

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  通过原位光学显微镜，在10 mA·cm^-2条件下对Zn||Zn对称电池进行了锌沉积/剥离测试，实时观察锌负极表面的形貌演变。如图 4d所示，初始状态下，ZSO+肌醇电解质与ZSO电解质中的锌负极表面均呈现光滑状态。随着沉积进行，ZSO电解质中的锌负极表面在20 min后逐渐产生气泡；30 min后产生突起，即为锌枝晶。循环至40 min时，锌负极表面已被大量枝晶完全覆盖，这清晰地反映了锌负极的腐蚀进程。相比之下，ZSO+肌醇电解质的锌负极在锌沉积过程始终保持着均匀性和致密性。这一结果充分证明ZSO+肌醇电解质能够有效调控Zn²⁺的迁移行为，诱导锌实现均匀沉积。

  2.5   全电池的电化学性能

  图 5a展示了不同电解质对应的Zn||ZVO全电池的CV曲线，值得注意的是，肌醇的加入显著降低了全电池的电压极化，使其表现出优于ZSO电解质的电荷转移动力学和Zn²⁺存储动力学性能^[40]，这源于肌醇对Zn²⁺溶剂化结构的调控。得益于ZSO+肌醇电解质丰富的羟基官能团和高Zn²⁺迁移率，采用该电解质的全电池在0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 A·g^-1的电流密度下分别实现了256.4、221.7、188.2、164.5、129.5 mAh·g^-1的高放电容量。当恢复至0.5 A·g^-1时，采用ZSO+肌醇电解质的Zn||ZVO全电池的放电容量可至250.9 mAh·g^-1(图 5b)。相比之下，ZSO电解质对应的Zn||ZVO全电池在上述电流密度下均表现出显著较低的容量。通过对比不同电解质对应的Zn||ZVO全电池的EIS(图 5c)可知，ZSO+肌醇电解质展现出更低的界面传输阻抗。这一结果揭示了肌醇添加剂在降低电极界面阻抗方面的积极作用。阻抗的下降主要得益于肌醇对沉积行为的调控作用，抑制了局部电荷积聚，从而有效改善了电池的动力学特性并增强了其循环稳定性。

  图 5

  

  图 5.  Zn||ZVO全电池在不同电解质中的(a) CV曲线、(b) 倍率性能曲线、(c) EIS和(d) 循环性能; (e) Zn||ZVO软包电池点亮灯泡的数码照片

  Figure 5.  (a) CV curves, (b) rate performance curves, (c) EIS, and (d) cycling performances of Zn||ZVO full batteries with different electrolytes; (e) Digital photographs of a Zn||ZVO pouch battery powering a bulb

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  全电池在1.0 A·g^-1下的循环稳定性如图 5d所示。经过1 000圈循环后，ZSO+肌醇电解质对应的全电池仍能保持72.7 mAh·g^-1的放电比容量。相比之下，ZSO电解质对应的电池循环400圈后，放电容量衰减至37.8 mAh·g^-1。这说明ZSO+肌醇电解质显著提升了全电池的循环稳定性。循环性能的巨大差异主要归因于ZSO+肌醇电解质独特的性质：它能够有效构建快速的离子传输路径，并抑制由锌枝晶及副产物引发的不利影响。

  为验证ZSO+肌醇电解质的实际应用性能，组装了Zn||ZVO软包电池并进行供电测试。实验结果如图 5e所示，该软包电池成功驱动小灯连续工作7 min，直观地展现了其优异的长期运行稳定性。这一结果进一步证实，ZSO+肌醇电解质在实际AZIBs中具有广阔的应用前景。

  3.   结论

  将肌醇作为添加剂引入至ZSO电解质中，成功制备了ZSO+肌醇电解质。得益于其强极性的多羟基官能团，肌醇分子展现出独特的亲锌性。这种特性使其能够参与Zn²⁺溶剂化结构的调控，通过改变配位环境降低水分子的活性，同时优先吸附在锌负极表面以改善界面润湿性，抑制副反应，提高界面稳定性。更重要的是，肌醇的多羟基结构为Zn²⁺提供了丰富的活性位点，显著增强了离子扩散动力学性能并提升了Zn²⁺转移数。上述多重机制的协同作用实现了均匀锌沉积和电池循环稳定性。因此，在1 mA·cm^-2和1 mAh·cm^-2条件下，Zn||Zn展现出长达2 000 h的循环寿命。Zn||Cu半电池在1 mA·cm^-2条件下实现了平均99.7%的库仑效率。此外，得益于ZSO+肌醇电解质与Zn||ZVO正极优异的兼容性，Zn||ZVO全电池在循环1 000圈后仍保持了72.7 mAh·g^-1的高可逆容量。

  
  Supporting information is available at http://www.wjhxxb.cn
  
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  图 1  ZSO和ZSO+肌醇的(a) ¹H NMR、(b) Raman和(c) FTIR谱图; ZSO的(d) MD模拟图和(e) RDF图; ZSO+肌醇的(f) MD模拟图和(g) RDF图

  Figure 1  (a) ¹H NMR, (b) Raman, and (c) FTIR spectra of ZSO and ZSO+inositol; (d) Snapshots of the MD simulation and (e) RDF curves of ZSO; (f) Snapshots of the MD simulation and (g) RDF curves of ZSO+inositol

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  图 2  Zn||Zn对称电池: (a) 循环性能(插图: 三个不同时间的对称电池循环性能对比)和(b) 倍率性能; Zn||Cu半电池: (c) 库仑效率、(d、e) 在不同循环圈数下的电压曲线和(f) CV曲线

  Figure 2  Zn||Zn symmetric batteries: (a) cycle performances (inset: comparison of cycling performance of symmetric cells at three different time points) and (b) rate performances; Zn||Cu half cells: (c) Coulombic efficiencies, (d, e) voltage curves at different cycle numbers, and (f) CV curves

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  图 3  (a) H₂O和肌醇在不同晶面上的吸附能; (b) 不同电解质的接触角; (c) 肌醇的ESP分布; (d) Na₂SO₄和Na₂SO₄+肌醇电解质的LSV曲线

  Figure 3  (a) Adsorption energies of H₂O and inositol on different planes; (b) Contact angles of different electrolytes; (c) ESP mapping of inositol; (d) LSV curves of Na₂SO₄ and Na₂SO₄+inositol electrolytes

  Inset: schematic illustration of H₂O, inositol, and their interactions with different crystal facets of Zn.

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  图 4  ZSO和ZSO+肌醇电解质的(a) CA曲线、(b) 循环20圈后锌负极的SEM图、(c) Zn²⁺迁移数及(d) 在10 mA·cm^-2下的原位光学显微镜图像(标尺: 50 μm)

  Figure 4  (a) CA curves, (b) SEM images of Zn anodes after 20 cycles, (c) Zn²⁺ transference numbers, and (d) in-situ optical microscopy images at 10 mA·cm^-2 (scale bar: 50 μm) of ZSO and ZSO+inositol electrolytes

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  图 5  Zn||ZVO全电池在不同电解质中的(a) CV曲线、(b) 倍率性能曲线、(c) EIS和(d) 循环性能; (e) Zn||ZVO软包电池点亮灯泡的数码照片

  Figure 5  (a) CV curves, (b) rate performance curves, (c) EIS, and (d) cycling performances of Zn||ZVO full batteries with different electrolytes; (e) Digital photographs of a Zn||ZVO pouch battery powering a bulb

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