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?上交Nano Energy：尿素基水合共晶電解質(zhì)用于水系鋁鋅混合離子電池

水性多價離子電池由于其固有的成本效益和生態(tài)友好性，比非水性多價離子電池更適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。因此，開發(fā)新的電解質(zhì)并尋找兼容的正負(fù)極材料是提高電池性能和可逆性的關(guān)鍵。

在此，上海交通大學(xué)魏良明，李金金、湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所郭翔等人通過Al₂(SO₄)₃·18H₂O和尿素的偶聯(lián)，提出了一種新型的鋁-尿素水合共晶電解質(zhì)(AUHEE)。尿素輔助的水合鋁離子削弱了鋁離子與水分子之間的強(qiáng)相互作用，從而通過抑制脫氫來抑制負(fù)極處的氫沉淀和鈍化。

獨(dú)特的電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)使V₂O₅/AUHEE/Zn電池表現(xiàn)出高放電容量（250 mAh g^-1）和長循環(huán)壽命（1500次循環(huán)），為高性能水系多價離子電池的開發(fā)提供了新的見解。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作通過Al₂(SO₄)₃·18H₂O與尿素偶聯(lián)創(chuàng)建了一種新型尿素基水合共晶電解質(zhì) (AU15)，并發(fā)現(xiàn)了相容的正極材料 (V₂O₅)。AU15具有成本效益、空氣穩(wěn)定性、環(huán)保、弱腐蝕性、高離子電導(dǎo)率和寬電化學(xué)窗口等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，深度共晶效應(yīng)是由尿素和Al³⁺之間的強(qiáng)相互作用引發(fā)的。

實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，尿素和水在Al³⁺初級溶劑化殼中的共存導(dǎo)致了[Al(Urea)x(H₂O)y]³⁺物質(zhì)的形成。此外，在電池充電過程中，鋅負(fù)極和電解液之間的界面形成一層鋁鋅合金，提高了負(fù)極反應(yīng)的可逆性。V₂O₅/AU15/Zn電池具有高容量（250 mAh g^-1）和長循環(huán)壽命（1500次循環(huán)）。因此，該項(xiàng)工作為開發(fā)空氣穩(wěn)定、長循環(huán)壽命的水系多價離子電池提供了一條有效途徑。

圖2. 電池性能

Aqueous Aluminum-Zinc Hybrid Ion Batteries with Urea-based Hydrated Eutectic Electrolytes, Nano Energy 2023 DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109158

原創(chuàng)文章，作者：wdl，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/01/23/114977832e/

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