科學(xué)家研發(fā)出耐低溫水系鋅基電池電解液

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒、張華民帶領(lǐng)團隊，在低溫水系鋅基電池電解液研究方面取得新進展，研發(fā)出一種耐低溫、經(jīng)濟、安全、環(huán)保的水系鋅基電池用混合電解液。研究成果發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》。

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。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(dǎo)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。另外，水系電解液離子傳導(dǎo)率隨著溫度降低而急劇下降，使得該體系電池在低溫下無法運行，限制了應(yīng)用。

新研發(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(dǎo)率。通過實驗和理論計算，研究人員闡明了鋅離子—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。

進一步研究還發(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。通過調(diào)控混合電解液不同配比，可以使其耐受不同程度的低溫，實現(xiàn)在不同環(huán)境下的使用。該研究工作對低溫儲能器件電解液的設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1039/D0EE01538E