近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員吳忠?guī)泩F隊和韓國延世大學Sang-Young Lee教授、高麗大學Sang Kyu Kwak教授等合作，在超低溫鋅離子電池研究中取得新進展。合作團隊在水系電解質(zhì)中引入軟酸/硬堿兩性離子，增強了電解質(zhì)-電極界面的抗凍性質(zhì)，以此構建出無負極、超低溫鋅離子全電池。相關成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學》。
鋅離子電池作為一種高安全、低成本新型電化學儲能器件，受到了廣泛關注。然而，低溫下水活度降低、電解液粘度增加、界面反應動力學及傳質(zhì)動力學緩慢等問題，導致了界面處嚴重的濃差極化。同時，陰陽離子之間的靜電作用力的增大，導致水系電解液低溫下容易固化，進而阻礙了低溫下的離子遷移以及電解液低溫下的熱力學穩(wěn)定性。因此，如何發(fā)展低溫下高離子電導的水系電解液，以此構建低溫環(huán)境下的高性能鋅離子電池，仍面臨很大挑戰(zhàn)。
本工作中，合作團隊提出了一種通過兩性離子重組水系電解質(zhì)溶劑化結構的新策略，增強了電解質(zhì)-電極界面的抗凍性質(zhì)和 Zn2+脫溶劑化動力學。研究發(fā)現(xiàn)，該電解質(zhì)增強了低溫下抗凍性質(zhì)，固液轉(zhuǎn)變溫度降至 -95℃。利用此電解質(zhì)，Zn||Cu非對稱電池實現(xiàn)了穩(wěn)定的鋅沉積/溶解，在25 ℃和-40 ℃下，實現(xiàn)了99.93%和99.8%的高庫倫效率。進一步，團隊構建的無陽極鋅離子電池即使在-40 ℃下，仍能提供高能量密度142Wh/kg和高功率密度230W/kg。
該工作為構建超低溫、無負極鋅離子全電池提供了新思路。
