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共晶電解液作為一種新興電解液體系，在能源儲存領域受到廣泛關注。然而，迄今為止，所有報道的鋅電池中使用的共晶電解液都基于ZnCl₂、Zn(CF₃SO₃)₂、Zn(TFSI)₂等鹽類，而非ZnSO₄·7H₂O。然而，這些電解液存在嚴重的安全隱患和高昂的價格。因此，開發一種高度安全且經濟實惠的共晶電解液變得尤為迫切。

在此，阿德萊德大學喬世璋院士團隊基于之前的工作進一步探究了ZnSO₄·7H₂O晶體在不同溶劑下的溶解度。結果表明ZnSO₄·7H₂O晶體在多元醇中，如乙二醇(EG)、丙二醇(PG)和甘油，溶解度很高。在乙二醇中，ZnSO₄·7H₂O晶體的溶解度(~4.5m)竟然高于純水溶劑 (~3.5m)。

研究表明ZnSO₄·7H₂O晶體可以與多元醇形成共晶電解液。以ZnSO₄·7H₂O晶體和丙二醇(PG)的水合共晶電解液(簡稱HEE)為例，通過運用分子動力學模擬和密度泛函理論計算，揭示了多元醇與鋅之間的溶劑化機制。相對于純水系ZnSO₄電解液，HEE具有更低的I^–離子溶解度，有效地遏制了電池運行過程中I₃^–和I₅^–的產生。

圖1. ZnSO₄基HEE

總之，該工作報道的丙二醇基水合物的共晶電解質，具有顯著的防火性能和非常低的價格，價格達到ZnCl₂/Zn(CF₃SO₃)₂/Zn(TFSI)₂的<1/200。此外，HEE可以推遲氫析出反應的啟動電位，并顯著抑制枝晶的生長，確保了鋅負極可達到99.9%的高庫侖效率(CE)，并且具備超過2000小時的循環壽命。在極端低溫條件下(-30°C)，HEE電解液仍然能夠保持超過1000個循環，同時展現出優異的抗凍性能。

值得注意的是，與傳統的水/有機混合電解液不同，HEE電解液由于多元醇的高溶劑化能力，具備了非易燃的特性，從而保障了鋅電池的使用安全。這種新型電解液的卓越特性不僅使得鋅-碘電池在嚴苛的工作環境下具有潛力，還使其在大規模應用方面更加切實可行，例如用于具備33.3 mg cm^?2高負載的軟包電池500次循環后的容量仍高達96.7 %，比其他溶液電池的性能更好。因此，該項工作顯著拓寬了共晶電解質的種類，有助于設計新型Zn電池。

圖2. 全電池表征

Low-cost and Non-flammable Eutectic Electrolytes for Advanced Zn–I2 Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202310284

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