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?山大EEM：通過低極性助溶劑調(diào)節(jié)電解液溶劑化結(jié)構(gòu)，用于低溫鋅離子電池

水系鋅離子電池因成本低、安全性高而被視為大規(guī)模儲能系統(tǒng)的理想候選材料，但其低溫性能較差，限制了其應(yīng)用。

圖1.?電解液表征

山東大學王書華、劉宏等在Zn(ClO₄)₂的水溶液中加入了低極性、低粘度的二甘醇（DGM），從而構(gòu)建了一種低溫電解液。研究顯示，當DGM與水的體積比為6:4 (DGM60)時，電解液的凝固點降至-105℃，且在-45℃時離子電導率為16.18 mS cm^-1。

光譜分析和分子動力學模擬驗證了DGM和ClO₄-調(diào)節(jié)了Zn²⁺的內(nèi)溶劑化結(jié)構(gòu)，該溶劑化結(jié)構(gòu)更有利于Zn²⁺的解溶劑化。得益于DGM和ClO₄-對氫鍵網(wǎng)絡(luò)的破壞和對溶劑化結(jié)構(gòu)的調(diào)控，陽極上的枝晶、析氫反應(yīng)和副產(chǎn)物都得到了抑制。

圖2. 半電池性能

結(jié)果，在電流密度為1 mA cm^-2和容量為1 mA h cm^-2的條件下，Zn||Zn電池在25℃下可循環(huán)使用1600小時，在-20℃下可循環(huán)使用5200小時。此外，在-20℃時，Zn|||Cu在1 mA cm^-2和1 mA h cm^-2條件下的庫侖效率高達99.9%。

另外，在1 A g^-1的條件下，鋅||聚苯胺（PANI）電池在25℃的初始放電容量為100.0 mA h g^-1，在-20℃的初始放電容量為88.8 mA h g^-1。并且，Zn||PANI電池具有10000次的超長循環(huán)壽命，且無容量衰減。即使在-50℃，Zn||PANI電池也能穩(wěn)定循環(huán)600次，容量保持率達98.5%。這項研究為今后設(shè)計具有高離子電導率和低溫易脫溶劑化的可充電池電解液提供了啟示。

圖3.?全電池性能

Modulating the Electrolyte Inner Solvation Structure via Low Polarity Co-solvent for Low-Temperature Aqueous Zinc-Ion Batteries. Energy & Environmental Materials 2024. DOI: 10.1002/eem2.12707

原創(chuàng)文章，作者：Jenny（小琦），如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/03/25/a224a09289/

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