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四單位聯(lián)合?JEC：溫度反轉實現低溫鋅離子電池

低溫條件下由于容易冷凍的電解質和嚴重的鋅枝晶生長，水系鋅離子電池(ZIBs)很難實現優(yōu)異的電化學性能。

在此，哈爾濱工業(yè)大學王振波，廈門理工學院羅浩，廣西科技大學劉寶生，華僑大學闕蘭芳等人提出了一種具有低凝固點和高離子電導率的水系電解質。結合分子動力學模擬和多尺度界面分析，觀察到V₂O₅正極和Zn負極的溫度依賴性是相反的。在低溫下，受電解液溶劑化結構的支配，釩的溶解/穿梭受到顯著抑制，并且這種電化學串擾抑制了鋅枝晶的生長，從而表現出異常的溫度反轉效應。結果顯示，所設計的Zn||V₂O₅全電池具有優(yōu)異的低T性能，在-20℃下循環(huán)9500次（工作超過2500小時）后仍保持近99%的容量保持率。

圖1. 電池性能

總之，該工作提出了一種適用于低T水系ZIBs的電解質。該電解質具有較低的負靜電電位(ESP)，在- 40℃時具有較低的凝固點和較高的離子電導率，表現出陰離子參與的溶劑化結構。由于在- 20℃時比在25℃時的腐蝕和析氫少，因此2.5 M Zn(ClO₄)₂基ZIBs中的鋅負極表現出溫度逆效應。

此外，V₂O₅正極在循環(huán)過程中發(fā)生溶解、穿梭進而沉積在Zn負極上，導致室溫下全電池容量迅速衰減。而在- 20°C的Zn負極上，V₂O₅正極的析氫、溶解和穿梭效應可被有效抑制。因此，該電解質在0.1 A g ^-1時表現出202 mAh g ^-1的高容量，并在- 20℃下工作9500次(超過2500 h)后具有99%的容量保持率。

圖2. 界面穩(wěn)定性

Temperature inversion enables superior stability for low-temperature Zn-ion batteries, Journal of Energy Chemistry 2023 DOI: 10.1016/j.jechem.2023.12.019

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