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耐低溫水系鋅基電池用電解質(zhì)溶液研發(fā)成功
耐低溫水系鋅基電池用電解質(zhì)溶液
近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒、張華民帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，在低溫水系鋅基電池電解液研究方面取得新進(jìn)展，研發(fā)出一種耐低溫、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的水系鋅基電池用混合電解液。研究成果發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》。
水系鋅基電池具有安全性高、成本低、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)和大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
但是，水系鋅基電池的鋅負(fù)極一側(cè)會(huì)產(chǎn)生鋅的不均勻沉積，導(dǎo)致鋅枝晶的生長(zhǎng)與脫落，從而影響鋅基電池的循環(huán)穩(wěn)定性；另外水系電解液離子傳導(dǎo)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(wú)法運(yùn)行，大大限制了水系鋅基電池應(yīng)用范圍。
李先鋒介紹，“新研發(fā)的電解液由水、乙二醇和硫酸鋅組成，在低溫下具有較高的離子傳導(dǎo)率，-40℃時(shí)可達(dá)到6.9 mS/cm”。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，研究人員闡明了鋅離子—乙二醇分子間獨(dú)特的相互作用能顯著提高乙二醇—水分子間氫鍵相互作用，從而有效地破壞電解液中水分子間連續(xù)的氫鍵，大大降低混合電解液的凝固點(diǎn)，在低溫下實(shí)現(xiàn)鋅離子的快速傳輸。同時(shí)，鋅離子—乙二醇溶劑化作用可提高鋅沉積/溶解的可逆性，改善鋅負(fù)極的沉積形貌。
進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，采用該混合電解液構(gòu)筑的鋅離子混合超級(jí)電容器和鋅離子電池在-20℃均展現(xiàn)出高能量密度、高功率密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的特點(diǎn)。通過(guò)調(diào)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(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下的使用。
該研究工作對(duì)低溫儲(chǔ)能器件電解液的設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。
