近日，中科院大連化學物理研究所研究員吳忠?guī)泩F隊和韓國延世大學Sang-Young Lee教授、高麗大學Sang Kyu Kwak教授等合作，在超低溫鋅離子電池研究中取得新進展。合作團隊在水系電解質中引入軟酸/硬堿兩性離子，增強了電解質-電極界面的抗凍性質，以此構建出無負極、超低溫鋅離子全電池。相關成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學》。

鋅離子電池作為一種高安全、低成本新型電化學儲能器件，受到了廣泛關注。然而，低溫下水活度降低、電解液粘度增加、界面反應動力學及傳質動力學緩慢等問題，導致了界面處嚴重的濃差極化。同時，陰陽離子之間的靜電作用力的增大，導致水系電解液低溫下容易固化，進而阻礙了低溫下的離子遷移以及電解液低溫下的熱力學穩(wěn)定性。因此，如何發(fā)展低溫下高離子電導的水系電解液，以此構建低溫環(huán)境下的高性能鋅離子電池，仍面臨很大挑戰(zhàn)。

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本工作中，合作團隊提出了一種通過兩性離子重組水系電解質溶劑化結構的新策略，增強了電解質-電極界面的抗凍性質和 Zn2+脫溶劑化動力學。研究發(fā)現(xiàn)，該電解質增強了低溫下抗凍性質，固液轉變溫度降至 -95℃。利用此電解質，Zn||Cu非對稱電池實現(xiàn)了穩(wěn)定的鋅沉積/溶解，在25 ℃和-40 ℃下，實現(xiàn)了99.93%和99.8%的高庫倫效率。進一步，團隊構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。

該工作為構建超低溫、無負極鋅離子全電池提供了新思路。

相關鏈接：https://doi.org/10.1039/d3ee02535g