大连化物所开发出双连续相电解液用于超低温水系锌离子电池
- 2024/11/1 8:54:58 14931
- 来源：大连化学物理研究所
【仪表网 研发快讯】近日，大连化物所能源催化转化全国重点实验室动力电池与系统研究部(DNL2900组群)陈忠伟院士、窦浩桢副研究员团队在超低温水系锌离子电池方面取得新进展。团队提出双连续相电解液的概念，系统研究了电解液中水相-有机相连续互穿的纳米结构，架起了分子尺度溶剂化壳与宏观电池性能之间的桥梁，由其组装的电池展现出超长的循环寿命和优异的低温性能。
水系锌离子电池具有高安全、低成本、环境友好的技术优势，并且其寿命长、充电快、能量密度适中，是最具有应用前景的新一代储能技术之一。然而，水系锌离子电池还面临电解液温域窄、电化学窗口窄、锌负极枝晶生长、电化学腐蚀和析氢反应等挑战，从而导致其库伦效率低、循环寿命有限。电解液工程是有望解决上述问题的通用、高效的方法之一。
本工作中，团队开发的双连续相电解液具有相互贯穿的水相和有机相，拥有独特的有机溶剂、丰富的溶剂化壳，以及含有阴离子的溶剂化壳，实现了快速的Zn2+离子迁移及快速的脱溶剂动力学。该电解液不仅在-60°C的超低温下展现出超过4700小时的循环稳定性，室温下循环寿命更是达到了13000小时。此外，由其组装的全电池在-60°C下超过1100个循环，容量保持率为100%，并且在高载(14 mg cm⁻²)、贫电解液(E/C= 8.7 mL mA⁻¹ h⁻¹)和有限Zn供应(N/P= 2.55)下稳定运行超过2000个循环。该工作深入理解了杂化电解液的纳米结构，为设计高性能、低温电池的电解液提供了新的视角。
近年来，陈忠伟团队一直致力于功能化电解液的设计与开发，研制出位阻电解液(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)、三元共晶电解液(Adv. Funct. Mater.，2024)探究溶剂化结构的定向重构；此外，开发自修复界面设计策略(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)、纳米级双层界面设计策略(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)、仿生自识别界面设计策略(Adv. Energy Mater.，2024)调控固态电解质界面组分和结构，获得长循环寿命和高放电深度锌负极。
相关研究成果以“Bicontinuous-phase electrolyte for highly reversible Zn metal anode working at ultralow temperature”为题，于近日发表在《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science)上。该工作的第一作者是我所DNL2900博士后徐咪。该工作得到中国科学院B类先导专项“能源电催化的动态解析与智能设计”、榆林中科洁净能源创新研究院联合基金、国家资助博士后研究人员计划等项目的资助。(文/图 徐咪)
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