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第一作者：Ruizhi Zhang

通訊作者：郭再萍，Sailin Liu，Qiong Cai

通訊單位：澳大利亞阿德萊德大學，英國薩里大學

論文速覽

水系鋅離子電池（AZIB）是電網規模能量存儲的重要選擇，但它面臨著寄生水相關反應和有限的工作溫度范圍的挑戰。用強溶劑化共溶劑替代Zn²⁺溶劑鞘中的H₂O分子可以有效地抑制水相關的副反應。然而，過度的Zn²⁺?共溶劑相互作用可能導致脫溶劑化活化能（E_a）增大，共溶劑的分解可能引入非離子導電的固體電解質界面（SEI）物種。

因此，研究者提出了一種采用二乙二醇二甲醚（G2）作為軟共溶劑的弱溶劑化電解液。

G2具有適度的Gutmann供體數（19 kcal mol^?1）和低介電常數（7.4），這減少了溶劑鞘中水的存在并增強了Zn²⁺?陰離子的相互作用。這種電解液實現了最佳的Ea和在鋅陽極上形成了堅固的陰離子衍生SEI（ZnS-ZnSO₃-ZnF₂），允許超過7500小時的高度可逆的鋅沉積/剝離。

強G2?H₂O相互作用使G2能夠結合自由H₂O并重構氫鍵網絡，這防止了水的分解并拓寬了電解液的工作溫度范圍（?60°C至60°C）。Zn//KV₁₂O_30?y·nH₂O（KVOH）全電池在室溫下5.0 A g^?1的8000個循環后提供了91.2%的高容量保持率。

它還在?45°C的4000個循環（0.1 A g^?1）和60°C的1200個循環（5.0 A g^?1）分別實現了82.9%和86.5%的容量保持率。這項工作優化了AZIBs的界面化學和溫度適應性，為設計實際應用的弱溶劑化水系電解液提供了指導。

圖文導讀

圖1：在稀水系電解液、強溶劑化電解液和弱溶劑化電解液中，鋅離子的溶劑化結構和電化學過程。

圖2：通過FTIR、拉曼和核磁共振（NMR）光譜技術，展示隨著G2體積比增加，電解液的溶劑化結構的變化。

圖3：不同溫度下電解液的結構演變，以及60%G2電解液在-60°C下保持液態的能力。

圖4：不同電解液中鋅離子的沉積/剝離行為。

圖5：通過掃描電子顯微鏡（SEM）和激光共聚焦顯微鏡，展示了不同電解液中循環鋅陽極的表面形貌變化。

圖6：在不同溫度下，使用60%G2電解液的Zn//KVOH電池的電化學性能。

總結展望

本文通過設計一種新型的弱溶劑化水系混合電解液，顯著提高了AZIBs的電化學性能和溫度適應性。通過精確控制電解液中的相互作用，實現了鋅離子的高度可逆沉積/剝離，有效抑制了鋅枝晶的生長和副反應。

此外，電解液的非易燃性和在寬溫度范圍內的穩定性，使其在電網規模能量存儲應用中具有潛在的應用前景。這項工作不僅為AZIBs的實際應用提供了有價值的見解，也為未來電解液設計提供了新的方向。

文獻信息

標題：Weakly solvating aqueous-based electrolyte facilitated by a soft co-solvent for extreme temperature operations of zinc-ion batteries

期刊：Energy & Environmental Science

DOI：10.1039/D4EE00942H

原創文章，作者：wang，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/05/26/08d6d229ac/

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