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?南開/臥龍崗ACS Energy Lett.：離液陰離子和快速動(dòng)力學(xué)正極實(shí)現(xiàn)低溫水系鋅電池

在低溫下運(yùn)行是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，阻礙了水系電池在零度以下的實(shí)際應(yīng)用。低溫下電解液凍結(jié)和正極容量有限是主要原因。

南開大學(xué)梁靜、澳大利亞臥龍崗大學(xué)Shulei Chou等人報(bào)道了低溫水系鋅電池的合成電解液/正極設(shè)計(jì)策略。

所得的水系電解液2 M Zn(CF₃SO₃)₂具有-34.1 °C的低凝固點(diǎn)和-30 °C下4.47 mS cm^-1 的高離子電導(dǎo)率，這使得水系Zn||V₂O₅電池能夠在低溫下運(yùn)行良好。憑借低溫電解液和快速動(dòng)力學(xué)正極的優(yōu)勢(shì)，Zn||V₂O₅電池在-30 °C下可提供285.0 mAh g^-1 的高比容量，循環(huán)1000次后容量保持率為81.7%。

理論計(jì)算和光譜研究證明了陰離子特性與電解液凝固點(diǎn)之間的基本相關(guān)性：陰離子的靜電勢(shì)越高，Zn²⁺-陰離子相互作用越弱，Zn-水配位數(shù)越高，從而導(dǎo)致MD模擬中的氫鍵數(shù)越少；紅外光譜中的氫鍵強(qiáng)度越低，電解液的冰點(diǎn)越低。

圖1 實(shí)驗(yàn)中所選電解液的特性

圖2 Zn||V₂O₅電池的電化學(xué)性能

Chaotropic Anion and Fast-Kinetics Cathode Enabling Low-Temperature Aqueous Zn Batteries. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01054

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