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湖南大学刘亭亭在Advanced Materials上发表论文!

论论资讯 | 2024-06-06 1551热度

Advanced Materials

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Aqueous Electrolyte with Weak Hydrogen Bonds for Four-Electron Zinc-Iodine Battery Operates in a Wide Temperature Range

Liu Tingting; Lei Chengjun; Wang Huijian; Li Jinye; Jiang Pengjie; He Xin; Liang Xiao

Published:2024-06-04
DOI:10.1002/adma.202405473

研究背景

随着全球对可再生能源需求的日益增长,高效能的储能系统成为了研究的热点。四电子锌碘水系电池(4eZIBs)因其高能量密度和资源丰富性而备受关注。然而,正价碘离子(I<sup>+</sup>)易发生水解反应,以及传统水系电解质中锌的电镀/剥离不稳定,严重限制了其性能和应用范围。

研究内容

本研究针对上述问题,提出了一种新型电解质设计方案。研究团队在2 M ZnCl<sub>2</sub>水溶液中引入聚乙二醇(PEG 200)作为共溶剂,设计了一种能在宽温度范围内稳定工作的电解质。通过结合光谱学表征和理论模拟,研究发现PEG通过其与水分子间的弱氢键相互作用,破坏了水分子间原有的强氢键网络,增强了水分子的O-H共价键,并加强了与Zn<sup>2+</sup>的配位作用。这种协同效应显著降低了水的活性,有效抑制了I<sup>+</sup>的水解,促进了I<sup>-</sup>/I<sub>2</sub>/I<sup>+</sup>氧化还原动力学,减少了I<sub>3</sub><sup>-</sup>的形成,并平滑了锌的沉积过程。

研究意义

该研究不仅为4eZIBs提供了优越的循环稳定性,其衰减率仅为每循环0.0009%,并且接近100%的库仑效率,而且还展示了在-40°C至40°C的宽温度范围内的稳定性能。这一创新性的电解质设计为4eZIBs的合理电解质设计提供了宝贵的见解,对于推动水系电池技术的发展具有重要意义。 本研究成果发表于《Advanced materials》杂志,为水系电池领域带来了新的突破,展示了通过精细调控电解质成分,可以显著提升电池的性能和应用范围。

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