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四單位聯(lián)合?JEC：溫度反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)低溫鋅離子電池

低溫條件下由于容易冷凍的電解質(zhì)和嚴(yán)重的鋅枝晶生長(zhǎng)，水系鋅離子電池(ZIBs)很難實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電化學(xué)性能。

在此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)王振波，廈門理工學(xué)院羅浩，廣西科技大學(xué)劉寶生，華僑大學(xué)闕蘭芳等人提出了一種具有低凝固點(diǎn)和高離子電導(dǎo)率的水系電解質(zhì)。結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬和多尺度界面分析，觀察到V₂O₅正極和Zn負(fù)極的溫度依賴性是相反的。在低溫下，受電解液溶劑化結(jié)構(gòu)的支配，釩的溶解/穿梭受到顯著抑制，并且這種電化學(xué)串?dāng)_抑制了鋅枝晶的生長(zhǎng)，從而表現(xiàn)出異常的溫度反轉(zhuǎn)效應(yīng)。結(jié)果顯示，所設(shè)計(jì)的Zn||V₂O₅全電池具有優(yōu)異的低T性能，在-20℃下循環(huán)9500次（工作超過2500小時(shí)）后仍保持近99%的容量保持率。

圖1. 電池性能

總之，該工作提出了一種適用于低T水系ZIBs的電解質(zhì)。該電解質(zhì)具有較低的負(fù)靜電電位(ESP)，在- 40℃時(shí)具有較低的凝固點(diǎn)和較高的離子電導(dǎo)率，表現(xiàn)出陰離子參與的溶劑化結(jié)構(gòu)。由于在- 20℃時(shí)比在25℃時(shí)的腐蝕和析氫少，因此2.5 M Zn(ClO₄)₂基ZIBs中的鋅負(fù)極表現(xiàn)出溫度逆效應(yīng)。

此外，V₂O₅正極在循環(huán)過程中發(fā)生溶解、穿梭進(jìn)而沉積在Zn負(fù)極上，導(dǎo)致室溫下全電池容量迅速衰減。而在- 20°C的Zn負(fù)極上，V₂O₅正極的析氫、溶解和穿梭效應(yīng)可被有效抑制。因此，該電解質(zhì)在0.1 A g ^-1時(shí)表現(xiàn)出202 mAh g ^-1的高容量，并在- 20℃下工作9500次(超過2500 h)后具有99%的容量保持率。

圖2. 界面穩(wěn)定性

Temperature inversion enables superior stability for low-temperature Zn-ion batteries, Journal of Energy Chemistry 2023 DOI: 10.1016/j.jechem.2023.12.019

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