大連化物所研發出耐低溫水系鋅基電池用電解質溶液

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員李先鋒、張華民帶領的研究團隊，在低溫水系鋅基電池電解液研究方面取得進展，研發出全天候水系鋅基電池用電解質溶液。

水系鋅基電池具有安全性高、成本低、能量密度高等優點，在便攜式電子設備、電動汽車和大規模儲能領域具有應用前景。目前，水系鋅基電池面臨的主要挑戰為：鋅負極一側鋅的不均勻沉積導致枝晶生長與脫落，影響鋅基電池的循環穩定性；水系電解液離子傳導率隨著溫度的降低而急劇下降，使得該體系電池在低溫下無法運行，限制水系鋅基電池應用范圍。

研究團隊提出一種耐低溫、經濟、安全、環保的水系鋅基電池用混合電解液。該電解液由水（H₂O）、乙二醇（EG）和硫酸鋅（ZnSO₄）組成，在低溫下具有高的離子傳導率（-40℃時為6.9mS/cm）。研究通過實驗并結合理論計算，闡明Zn²⁺-EG分子間的相互作用，能顯著提高EG-H₂O分子間氫鍵相互作用，從而破壞電解液中H₂O分子間連續的氫鍵，降低混合電解液的凝固點，在低溫下實現Zn²⁺快速傳輸。同時，Zn²⁺-EG溶劑化作用可提高鋅沉積/溶解可逆性，改善鋅負極的沉積形貌。研究發現，采用該混合電解液構筑的鋅離子混合超級電容器（ZHSC）和鋅離子電池（ZIB），在-20℃均展現出高能量密度（ZHSC為36Wh/kg，ZIB為109Wh/kg）、高功率密度（ZHSC為3.1kW/kg，ZIB為1.6kW/kg）和長循環壽命（ZHSC為5500個循環，ZIB為250個循環）的特點。此外，調控混合電解液不同配比，可以使其能夠耐受不同程度的低溫，實現在不同環境下的使用。該研究對低溫儲能器件電解液的設計具有指導意義。

相關研究成果在線發表在《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）上。研究工作受到國家自然科學基金、中科院電化學工程實驗室等的支持。

大連化物所研發出耐低溫水系鋅基電池用電解質溶液