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近日，中國科學院大連化學物理研究所李先鋒研究員、張華民研究員領(lǐng)導的團隊，在低溫水系鋅基電池電解液研究方面取得新進展，開發(fā)出了一種耐低溫、經(jīng)濟、安全、環(huán)保的水系鋅基電池用混合電解液。
水系鋅基電池具有安全性高、成本低、能量密度高等優(yōu)點，在便攜式電子設(shè)備、電動汽車和大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于水系鋅基電池的鋅負極一側(cè)會產(chǎn)生鋅的不均勻沉積，導致鋅枝晶的生長與脫落，從而影響鋅基電池的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，由于水系電解液離子傳導率隨著溫度的降低而急劇下降，使得該體系電池在低溫下無法運行，大大限制了水系鋅基電池應(yīng)用范圍。
新開發(fā)的電解液由水、乙二醇和硫酸鋅組成，在低溫下具有較高的離子傳導率。研究團隊通過實驗并結(jié)合理論計算，闡明了鋅離子-乙二醇分子間獨特的相互作用，能顯著提高乙二醇-水分子間氫鍵相互作用，從而有效地破壞電解液中水分子間連續(xù)的氫鍵，大大降低混合電解液的凝固點，在低溫下實現(xiàn)鋅離子的快速傳輸。同時，鋅離子-乙二醇溶劑化作用可提高鋅沉積/溶解的可逆性，改善鋅負極的沉積形貌。研究還發(fā)現(xiàn)，采用該混合電解液構(gòu)筑的鋅離子混合超級電容器和鋅離子電池在-20℃均展現(xiàn)出高能量密度、高功率密度和長循環(huán)壽命的特點。此外，調(diào)控混合電解液不同配比，可以使其能夠耐受不同程度的低溫，實現(xiàn)在不同環(huán)境下的使用。此項研究工作對低溫儲能器件電解液的設(shè)計具有重要指導意義。
