现今，水系锌离子电池因其丰富，成本效益和安全性而成为电网规模储能应用的有前途的候选者。然而，水系锌离子电池在实际应用中不可避免地会出现枝晶生长、析氢反应、腐蚀副产物等副反应，导致镀剥库伦效差、锌利用率低、循环稳定性变差，严重阻碍了水系锌离子电池的商业化应用。为了应对这一挑战，研究人员已经开发了几种方法来提高锌阳极的可逆性，包括电解质修饰，人工固体电解质界面的构建，体结构工程和隔膜设计。其中，电解质添加剂作为一种电解质优化策略，因其避免了制备过程的复杂性、过多的无效重量和较高的制造成本，被认为是实现商业应用的有前途的途径。通过调整电解质成分，可以显著抑制寄生反应和锌枝晶生长，从而延长锌阳极的寿命，提高阳极利用率。研究人员提出在电解质中引入无机添加剂，其可以通过锌阳极界面的保护层抑制枝晶的生长。然而，这一过程并没有显著改变水的活度和水分子在溶剂化结构中的主导作用。因此，游离/脱溶的水仍然可以与电极参与氧化还原反应。此外，有机添加剂已被发现可以调节电解质体相内的氢键网络，但其与载流子相互作用的机制需要进一步加强。

近日，中国科学院福建物质结构研究所的柴国良研究员与青海盐湖所的李建伟合作，发现具有高永久偶极矩的添加剂分子(DP)可以通过较强的离子偶极相互作用有效地取代H₂O与载流子的配位，从而形成溶剂化Zn²⁺的贫水环境。同时，氧的孤对电子和DP的氟化特性也增强了金属锌的界面亲和性，有利于锌的可逆平面化沉积。这些优点赋予了锌阳极在低电流密度下超高稳定性的性能和良好的库伦效率。

相较于传统的水系电解液，向其中添加具有高永久偶极矩的添加剂，对提升水系锌离子电池的库伦效率和寿命具有重要意义。

通过理论模拟计算与多种测试表征，系统验证了具有高偶极矩的添加剂分子通过离子偶极相互作用将Zn²⁺从周围的水分子中脱溶。并且，添加剂的引入降低了电解液中自由水的活性，实现了Zn²⁺的溶剂化壳层的优化，有利于促进Zn²⁺的均匀沉积并削弱活性水分子诱导的腐蚀、析氢等界面副反应。

在DP作为高永久偶极矩添加剂的水系锌离子电解液中，其表现出了良好的抗老化能力和高倍率性能。

为了研究DP对正极材料稳定性的影响，使用人工合成的NH₄V₄O₁₀材料作为正极材料组装了Zn||NH₄V₄O₁₀全电池。加入添加剂后，全电池在低电流密度与高电流密度下均实现了较好的稳定性，以及抑制界面自放电等性能。