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郭再萍等AFM：調(diào)整電解液溶劑化結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高性能鋅離子電池

水系鋅離子電池(ZIB)的循環(huán)壽命受到正極溶解、水反應(yīng)性和鋅枝晶等顯著挑戰(zhàn)的限制。

澳大利亞臥龍崗大學(xué)郭再萍、Jianfeng Mao等人證明通過調(diào)整電解液溶劑化結(jié)構(gòu)，可以同時解決電極和電解液的問題。

具體而言，阻燃磷酸三乙酯（TEP）被證明是一種在非水/水混合電解液中具有強溶劑化能力的助溶劑。TEP具有比H₂O（18 kcal mol^-1）更高的供體數(shù)（26 kcal mol^-1），更傾向于在Zn²⁺周圍形成TEP占據(jù)的內(nèi)部溶劑化鞘，并與H₂O形成強氫鍵。

TEP配位電解液結(jié)構(gòu)可以抑制 H₂O與V₂O₅的反應(yīng)性，并在鋅負(fù)極上形成堅固的聚合物-無機界面（poly-ZnP₂O₆和 ZnF₂），有效防止枝晶生長和寄生水反應(yīng)。

采用這種優(yōu)化的電解液，Zn/Cu電池的平均庫侖效率高達99.5%，而具有低容量比Zn:V₂O₅ (2:1) 和貧電解液 (11.5 g Ah^?1) 的全電池可在5 A g^-1下循環(huán)超過 1000次，可逆容量為250 mAh g^-1。這項研究強調(diào)了成功的電解液調(diào)節(jié)策略對于開發(fā)高性能和實用的ZIBs的前景。

圖1 電解液溶劑化結(jié)構(gòu)及其對V₂O₅溶解的影響

圖2 V₂O₅電極在不同電流密度下的電化學(xué)性能

Tuning the Electrolyte Solvation Structure to Suppress Cathode Dissolution, Water Reactivity, and Zn Dendrite Growth in Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202104281

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