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【DFT+實(shí)驗(yàn)】Angew：低溫鋅金屬電池的局部陰陽離子聚集加速水電解質(zhì)—Jian Yang

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【論文鏈接】

https://doi.org/10.1002/anie.202315834

【作者單位】

山東大學(xué)

【論文摘要】

由于其安全性高、材料資源豐富、成本低等特點(diǎn)，適用于大規(guī)模儲(chǔ)能。然而，水電解質(zhì)的凍結(jié)阻礙了電池的低溫運(yùn)行。本文研制了以Zn(BF₄)₂為鹽，以四氫呋喃(THF)為稀釋劑的水溶液局域陰離子-陽離子聚集電解質(zhì)，以提高Zn陽極的低溫性能。THF促進(jìn)BF₄包裹在Zn2⁺的溶劑化鞘中，有利于形成富ZnF₂的固體電解質(zhì)界面相。THF還會(huì)影響相鄰H₂O分子之間的氫鍵，有效降低凝固點(diǎn)。因此，在40℃下，聚苯胺鋅(PANI)電池具有8000次的超長(zhǎng)循環(huán)壽命和99.99%的平均庫(kù)侖效率。令人印象深刻的是，在40℃下循環(huán)500次后，袋狀電池的容量保持率高達(dá)86.2%，這表明了這種電解質(zhì)在寒冷地區(qū)的巨大前景。本文工作為低溫水溶液電解質(zhì)的設(shè)計(jì)提供了新的見解。? ? ???

【實(shí)驗(yàn)方法】?? ?

電解液的制備：

將Zn(BF₄)₂在去離子水中攪拌溶解，制得1 M Zn(BF₄)₂堿性電解質(zhì)BE。將Zn(BF₄)₂溶解于H₂O和THF(體積比為1:4)的混合物中，得到局域陰離子-陽離子聚集的水溶液電解質(zhì)(1 M Zn(BF₄)₂?in H₂O/THF)。

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【圖文摘取】

【主要結(jié)論】

本文為了提高Zn(BF₄)₂和THF在低溫下的電化學(xué)性能，開發(fā)了一種由Zn(BF₄)₂和THF組成的水溶液電解液。研究表明：

(1)使用THF作為稀釋劑可以使BF4參與溶劑化結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)在Zn陽極上形成富ZnF₂的SEI層，這種變化也有利于后續(xù)的脫溶，促進(jìn)低溫下鋅的均勻沉積。

(2)SEM表征和COMSOL模擬表明了該電解液在低溫-40℃下促進(jìn)均勻的鋅沉積。這種電解液大大降低了高濃度電解質(zhì)的成本，降低了解離能壘，并避免了循環(huán)過程中的有機(jī)物的消耗，而這在低溫下的鋅負(fù)極中是首次報(bào)道?? ?

(3)THF破壞了水電解質(zhì)的氫網(wǎng)絡(luò)，降低了冰點(diǎn)，使用LACA的Zn||Cu電池在2500次循環(huán)中表現(xiàn)出99.7%的高CE穩(wěn)定循環(huán)。

總體而言，本文復(fù)合電極的制備為解決鋅負(fù)極的關(guān)鍵問題提供了理想的解決方案，并為金屬鋅電池的商業(yè)應(yīng)用提供了重要的見解。

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/11/23/35d5868113/

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