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近年來新興的可充電鋅金屬電池（ZMB）在極端溫度下的性能備受關注，但大多數電解液研究并未提供完整的物理特性或實際測試方案，因此難以評估其真實性能。此外，目前缺乏對電解液設計原則和適用于惡劣溫度條件下具有挑戰性應用的電解液前景的綜述。

圖1. 惡劣溫度下ZMB電解液面臨的主要挑戰總結

在此，澳大利亞阿德萊德大學郭再萍教授、英國薩里大學蔡瓊等人從溫度方面全面綜述了電解液的發展，以指導未來用于惡劣條件下電解液性能的研究。首先，作者揭示了溫度作為ZMB故障原因背后的基本原理，并根據電解液類型（水系和全有機）和溫度推薦設計原則。

在零度以下的低溫下，電解液的離子電導率不足和離子遷移緩慢導致能量和功率密度差。電解液的凍結會損害電極和電解液之間的接觸，導致更高的界面電阻甚至電池故障。在高溫下，溶劑的快速揮發導致電池膨脹和鹽的沉淀，極大地影響電池的穩定性。

然后，作者對4種不同電解液策略的當前進展進行了深入討論和比較，包括濃縮水系電解液、有機溶劑型非水系電解液、用于水系電解液的防凍添加劑/助溶劑、抗凍水凝膠電解質。

圖2. 用于極端溫度應用的ZMB電解液設計原則

目前ZMB的工業開發還處于起步階段，因為這些電池目前在實際測試協議下，即在惡劣環境下工業方法測試的性能較差。盡管有各種關于提高ZMB整體性能的創新研究，但仍僅限于實驗室規模。具體而言，實驗室研究通常忽略了其他因素，如正極負載、電解液用量、金屬負極厚度、安全性和成本，不適合實際應用。盡管現在要求為用于ZMB的電解液制定具體的實際測試協議可能還為時過早，但目前對電解液的基礎研究至少應強調這些方向：

（i）工作溫度范圍，

（ii）工作電壓窗口，

（iii）與正極材料和鋅負極的相容性，

（iv）與其匹配的正/負極的安全考慮和劑量。本綜述主要針對鋅離子電池電解液的溫度適應策略，但也可能對其他電池研究具有參考價值，因為這些電解液具有非常相似的基本原理。

圖3. 電解液設計策略和溶劑/添加劑/助溶劑的潛在候選者

From room temperature to harsh temperature applications: Fundamentals and perspectives on electrolytes in zinc metal batteries, Science Advances 2022. DOI: 10.1126/sciadv.abn5097

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郭再萍/蔡瓊Science子刊: 極端溫度下鋅金屬電池電解液的原理和未來展望

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