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共晶電解液作為一種新興電解液體系，在能源儲(chǔ)存領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，迄今為止，所有報(bào)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(yán)重的安全隱患和高昂的價(jià)格。因此，開發(fā)一種高度安全且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的共晶電解液變得尤為迫切。

?喬世璋Angew.：低成本且不易燃的共晶電解質(zhì)用于先進(jìn) Zn-I2電池

在此，阿德萊德大學(xué)喬世璋院士團(tuán)隊(duì)基于之前的工作進(jìn)一步探究了ZnSO₄·7H₂O晶體在不同溶劑下的溶解度。結(jié)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(jiǎn)稱HEE)為例，通過運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬和密度泛函理論計(jì)算，揭示了多元醇與鋅之間的溶劑化機(jī)制。相對(duì)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(yùn)行過程中I₃^–和I₅^–的產(chǎn)生。

圖1. ZnSO₄基HEE

總之，該工作報(bào)道的丙二醇基水合物的共晶電解質(zhì)，具有顯著的防火性能和非常低的價(jià)格，價(jià)格達(dá)到ZnCl₂/Zn(CF₃SO₃)₂/Zn(TFSI)₂的<1/200。此外，HEE可以推遲氫析出反應(yīng)的啟動(dòng)電位，并顯著抑制枝晶的生長(zhǎng)，確保了鋅負(fù)極可達(dá)到99.9%的高庫(kù)侖效率(CE)，并且具備超過2000小時(shí)的循環(huán)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(gè)循環(huán)，同時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的抗凍性能。

值得注意的是，與傳統(tǒng)的水/有機(jī)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(yán)苛的工作環(huán)境下具有潛力，還使其在大規(guī)模應(yīng)用方面更加切實(shí)可行，例如用于具備33.3 mg cm^?2高負(fù)載的軟包電池500次循環(huán)后的容量仍高達(dá)96.7 %，比其他溶液電池的性能更好。因此，該項(xiàng)工作顯著拓寬了共晶電解質(zhì)的種類，有助于設(shè)計(jì)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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