近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)和韓國延世大學(xué)Sang-Young Lee教授、高麗大學(xué)Sang Kyu Kwak教授等合作，在超低溫鋅離子電池研究中取得新進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)在水系電解質(zhì)中引入軟酸/硬堿兩性離子，增強(qiáng)了電解質(zhì)-電極界面的抗凍性質(zhì)，以此構(gòu)建出無負(fù)極、超低溫鋅離子全電池。相關(guān)成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》。
鋅離子電池作為一種高安全、低成本新型電化學(xué)儲(chǔ)能器件，受到了廣泛關(guān)注。然而，低溫下水活度降低、電解液粘度增加、界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)緩慢等問題，導(dǎo)致了界面處嚴(yán)重的濃差極化。同時(shí)，陰陽離子之間的靜電作用力的增大，導(dǎo)致水系電解液低溫下容易固化，進(jìn)而阻礙了低溫下的離子遷移以及電解液低溫下的熱力學(xué)穩(wěn)定性。因此，如何發(fā)展低溫下高離子電導(dǎo)的水系電解液，以此構(gòu)建低溫環(huán)境下的高性能鋅離子電池，仍面臨很大挑戰(zhàn)。
本工作中，合作團(tuán)隊(duì)提出了一種通過兩性離子重組水系電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)的新策略，增強(qiáng)了電解質(zhì)-電極界面的抗凍性質(zhì)和 Zn2+脫溶劑化動(dòng)力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)，該電解質(zhì)增強(qiáng)了低溫下抗凍性質(zhì)，固液轉(zhuǎn)變溫度降至 -95℃。利用此電解質(zhì)，Zn||Cu非對稱電池實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的鋅沉積/溶解，在25 ℃和-40 ℃下，實(shí)現(xiàn)了99.93%和99.8%的高庫倫效率。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的無陽極鋅離子電池即使在-40 ℃下，仍能提供高能量密度142Wh/kg和高功率密度230W/kg。
該工作為構(gòu)建超低溫、無負(fù)極鋅離子全電池提供了新思路。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1039/d3ee02535g
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