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?麥立強/羅雯Small Methods：共溶劑電解液設計抑制K+/Zn2+混合電池的相變

六氰合鐵酸錳（MnHCF）具有無毒、能量密度高、成本低等優點，是最有前景的水系電池正極材料之一。但是從MnHCF到六氰合鐵酸鋅（ZnHCF）的相變以及Zn²⁺較大的斯托克斯半徑會導致水系鋅電池快速的容量衰減和較差的倍率性能。

圖1 電解液設計

武漢理工大學麥立強、羅雯等設計并構建了碳酸丙烯酯（PC）-三氟甲磺酸（OTF）-H₂O的溶劑化結構，以解決上述難題。具體而言，這項工作以MnHCF為正極，鋅金屬為負極，KOTf/Zn(OTf)₂為電解液，PC為共溶劑，制備了K⁺/Zn²⁺混合電池。

研究顯示，PC的加入可以有效地調整電解液的溶劑化結構，形成PC-OTF-H₂O的手拉手結構，在一定程度上抑制了MnHCF向ZnHCF的相變，此外，PC的加入還抑制了鋅的枝晶生長和析氫反應。

圖2 電解液的溶劑化結構表征

受益于上述優勢，MnHCF/Zn混合共溶劑電池在1 A g^-1條件下表現出118 mAh g^-1的可逆容量和高循環性能，循環1000次后容量保持率為65.6%，并在2.5 A g^-1條件下循環8000次后容量保持率為66.7%。

該研究結果表明，合理設計電解液的溶劑化結構對高能量密度水系混合離子電池的開發具有重要意義。

圖3 電化學性能研究

Co-Solvent Electrolyte Design to Inhibit Phase Transition toward High Performance K+/Zn2+ Hybrid Battery. Small Methods 2023. DOI: 10.1002/smtd.202300617

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