多校合作！南京工业大学和首都师范大学等高校联手在EES发表新研究
论论资讯 ｜ 2023-10-27 ｜
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Energy and Environmental Sciences
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An inexpensive electrolyte with double-site hydrogen bonding and a regulated Zn<sup>2+</sup> solvation structure for aqueous Zn-ion batteries capable of high-rate and ultra-long low-temperature operation
You C.; Wu R.; Yuan X.; Liu L.; Ye J.; Fu L.; Han P.; Wu Y.
Published：2023-01-01
DOI：10.1039/d3ee01741a
研究背景
能源储存一直是一个备受关注的话题，特别是在大规模应用方面。但是，目前的储能技术仍存在一些问题，例如成本高、安全性差等。因此，研究人员一直在寻找一种更加安全、低成本、环保的储能技术。其中，水系锌离子电池因其高安全性、低成本和环保性而备受关注。但是，水系锌离子电池在低温下会出现电解液冻结的问题，这是一个巨大的挑战。
研究内容
本研究介绍了一种新型的电解液，采用低成本的甲酰胺和廉价的醋酸锌作为原料。这种电解液具有双位点氢键和调节锌离子溶剂结构的特点，可以在低于-40℃的温度下获得低冰点和高离子导电性。实验和理论计算表明，甲酰胺可以有效地将水分子锚定在双位点氢键相互作用的配置中，并打断原有的氢键网络，从而限制自由水活性，显著降低电解液的冰点并减少氢发生反应的发生。此外，甲酰胺和锌离子之间更强的配位相互作用可以调节锌离子的溶剂结构，取代锌离子溶剂鞘中的水，并实现均匀的锌沉积，避免了树枝状生长的形成和锌表面的腐蚀。因此，该电解液在低温下可以实现长达9500小时的超长循环寿命，记录了低温水系锌离子电池中电解液的最高循环稳定性和累计容量，以及在Zn||Cu不对称电池中高达99.91%的库仑效率。
研究意义
本研究提出了一种简单、可行的策略，设计了一种廉价、稳定和高性能的水系锌离子电池，适用于低温应用。这种电解液具有双位点氢键和调节锌离子溶剂结构的特点，可以解决水系锌离子电池在低温下电解液冻结的问题，从而提高了水系锌离子电池的应用范围。此外，该研究还为其他电化学储能技术提供了新的思路和方法。
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