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南開陶占良教授NML：低溫水系鋅離子電池陰陽(yáng)離子的協(xié)同效應(yīng)

盡管水系鋅離子電池（AZIBs）由于其諸多優(yōu)點(diǎn)而獲得了很大的發(fā)展，但水系電解液在低溫下易凍結(jié)阻礙了其在低溫條件下的實(shí)際應(yīng)用。

在此，南開大學(xué)陶占良教授等人通過多視角表征證明了陽(yáng)離子和陰離子破壞原始水分子氫鍵網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用。然后，提出了一種3.5 M Mg(ClO₄)₂ + 1 M Zn(ClO₄)₂的水鹽水合物深共熔溶劑，通過引入氧配體Mg²⁺和氫配體ClO₄^–顯著降低了水分子中氫鍵的比例，導(dǎo)致其凝固點(diǎn)低至-121 °C。

由于不含有機(jī)添加劑，這種新型水合鹽在-70 °C下具有1.41 mS cm^-1的高離子電導(dǎo)率和22.9 mPa s的低粘度，這意味著該電解液的快速離子傳輸行為。

圖2. 陽(yáng)離子和陰離子對(duì)冰點(diǎn)降低的協(xié)同作用

基于3.5 M電解液的顯著抗凍特性，開發(fā)了有機(jī)小分子芘-4,5,9,10-四酮（PTO）和吩嗪（PNZ）來制造低溫AZIBs。憑借低溫電解液的優(yōu)勢(shì)，制備的Zn||PTO和Zn||PNZ電池表現(xiàn)出令人滿意的低溫性能。

例如，在-70 °C的低溫下，Zn||PTO電池在0.5 C (200 mA g^-1) 時(shí)顯示出101.5 mAh g^-1高放電容量，即使在3 C (1.2 A g^-1) 的高倍率下，電池容量仍高達(dá)71 mAh g^-1。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)防凍水系電解液提供了獨(dú)特的視角，促進(jìn)了低溫AZIBs的發(fā)展。

圖2. 水系鋅離子電池的低溫電化學(xué)性能

Synergistic Effect of Cation and Anion for Low-Temperature Aqueous Zinc-Ion Battery, Nano-Micro Letters 2021. DOI: 10.1007/s40820-021-00733-0

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