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近日，娱乐城 新型电池物理与技术教育部重点实验室杜菲、姜珩教授团队与合作者在水系金属电池电解液研究方面取得重要进展，相关成果以”A Universal pH Regulation Principle for HER Suppression in Aqueous Metal Batteries”为题发表在国际顶级期刊德国应用化学(Angewandte Chemie International Edition)。

近年来，水系金属电池(AMBs)凭借着环境友好，成本低廉，安全性高等优势，已成为下一代规模化储能的有力候选者。然而，在金属负极表面严重的析氢反应(HER)对其实际应用构成了重大挑战。研究表明，保持稳定的pH值可有效抑制副产物形成，提升电化学性能。然而目前的研究仅经验性地提出使用两性化合物/弱酸弱碱盐来稳定电解液的pH值，缺乏对于最优pH值的探讨和确定，使得调控效果因电池而异，无法推广至其他体系，不具普适性；同时无法精确区分腐蚀产氢和催化产氢，对析氢反应的原理缺乏进一步探究。因此，阐明pH调控对析氢反应抑制的根本原理，定量解耦腐蚀产氢和催化产氢的贡献，对于建立合理的pH调控原则和制定有效的析氢抑制策略至关重要。

针对上述问题，团队提出一种由溶度积 (K_sp) 控制，基于可溶性金属阳离子(M^x+)与其氢氧化物沉淀(M_x(A)_y(OH)_z)之间平衡的通用 pH 调节原则。此外，该研究还设计了一种原位析氢分析平台，将石英晶体微天平(EQCM)-气相色谱(GC)-电化学工作站(EW)联用，通过解耦质量演变、气体生成和电荷转移，量化区分腐蚀产氢和催化产氢。所设计的电解液在锌沉积和剥离过程中，腐蚀析氢分别降低了54%和58%，同时对催化产氢的抑制也分别达到了48%和53%，使得N/P比为3.7的软包电池能够实现超过600次的稳定循环该研究还证明了这种pH选择原理可应用于其他AMB体系，其中具有更低工作电位和更严重析氢问题的锰和镁金属电池，通过应用此原理同样能实现性能提升，为后续水系金属电池的发展提供思路。

图1. 不同电解液的pH自稳定现象与析氢量分析。

图2. 解耦分析水系电解液中腐蚀析氢和催化析氢。

文章第一作者为娱乐城 博士研究生戴维腾。通讯作者为娱乐城 杜菲教授、姜珩教授、中国第一汽车有限公司王德平。该工作得到了国家自然科学基金等项目的大力支持。

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//doi.org/10.1002/anie.202515528