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大連化物所開發(fā)出雙連續(xù)相電解液用于超低溫水系鋅離子電池

發(fā)布時間：2024/11/1 10:54:45編輯：Ma Liang
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近日，我所能源催化轉(zhuǎn)化全國重點實驗室動力電池與系統(tǒng)研究部（DNL2900組群）陳忠偉院士、竇浩楨副研究員團隊在超低溫水系鋅離子電池方面取得新進展。團隊提出雙連續(xù)相電解液的概念，系統(tǒng)研究了電解液中水相-有機相連續(xù)互穿的納米結構，架起了分子尺度溶劑化殼與宏觀電池性能之間的橋梁，由其組裝的電池展現(xiàn)出超長的循環(huán)壽命和優(yōu)異的低溫性能。

水系鋅離子電池具有高安全、低成本、環(huán)境友好的技術優(yōu)勢，并且其壽命長、充電快、能量密度適中，是最具有應用前景的新一代儲能技術之一。然而，水系鋅離子電池還面臨電解液溫域窄、電化學窗口窄、鋅負極枝晶生長、電化學腐蝕和析氫反應等挑戰(zhàn)，從而導致其庫倫效率低、循環(huán)壽命有限。電解液工程是有望解

決上述問題的通用、高效的方法之一。

本工作中，團隊開發(fā)的雙連續(xù)相電解液具有相互貫穿的水相和有機相，擁有獨特的有機溶劑、豐富的溶劑化殼，以及含有陰離子的溶劑化殼，實現(xiàn)了快速的Zn2+離子遷移及快速的脫溶劑動力學。該電解液不僅在-60°C的超低溫下展現(xiàn)出超過4700小時的循環(huán)穩(wěn)定性，室溫下循環(huán)壽命更是達到了13000小時。此外，由其組裝的全電池在-60°C下超過1100個循環(huán)，容量保持率為100%，并且在高載（14 mg cm??）、貧電解液（E/C= 8.7 mL mA?? h??）和有限Zn供應（N/P= 2.55）下穩(wěn)定運行超過2000個循環(huán)。該工作深入理解了雜化電解液的納米結構，為設計高性能、低溫電池的電解液提供了新的視角。

近年來，陳忠偉團隊一直致力于功能化電解液的設計與開發(fā)，研制出位阻電解液（Angew. Chem. Int. Ed.，2024）、三元共晶電解液（Adv. Funct. Mater.，2024）探究溶劑化結構的定向重構；此外，開發(fā)自修復界面設計策略（Angew. Chem. Int. Ed.，2024）、納米級雙層界面設計策略（Angew. Chem. Int. Ed.，2024）、仿生自識別界面設計策略（Adv. Energy Mater.，2024）調(diào)控固態(tài)電解質(zhì)界面組分和結構，獲得長循環(huán)壽命和高放電深度鋅負極。

相關研究成果以“Bicontinuous-phase electrolyte for highly reversible Zn metal anode working at ultralow temperature”為題，于近日發(fā)表在《能源與環(huán)境科學》（Energy & Environmental Science）上。該工作的第一作者是我所DNL2900博士后徐咪。該工作得到中國科學院B類先導專項“能源電催化的動態(tài)解析與智能設計”、榆林中科潔凈能源創(chuàng)新研究院聯(lián)合基金、國家資助博士后研究人員計劃等項目的資助。（文/圖徐咪）

原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D4EE02815E