武汉理工研发新型水系锌离子电池:零下20摄氏度仍可工作

近日，武汉理工大学麦立强教授团队在水系锌离子电池研究方面取得重要进展：通过开发一类初层溶剂化壳层不含有机溶剂分子的复合水系电解液，克服了传统复合水系电解液在低温下脱溶剂化动力学缓慢的问题。

前述研究成果以“Organic-solvent-free primary solvation shell for low-temperature aqueous zinc batteries”为题，发表在国际著名期刊Cell的子刊Chem上。

传统复合水系电解液和本工作的初层溶剂化壳层及脱溶剂化行为。

水系锌离子电池由于高安全、低成本特点，可用于大规模储能应用。但锌金属负极枝晶的形成和水系电解液狭窄的工作温度范围阻碍了锌离子电池的进一步发展。通过在水系电解液中引入有机溶剂，构建复合水系电解液，在一定程度上可以改善以上两个问题。但在这些传统复合水系电解液的初层溶剂化壳层中，有机溶剂分子相比于水分子与锌离子具有更强的结合力，这使得特别是在低温下脱溶剂化动力学十分缓慢，从而导致较大的电化学极化、低的新沉积/剥离库仑效率、枝晶积累、低锌负极利用率、较差的循环性能和低倍率性能。因此开发即使在低温下仍表现出快速脱溶剂化动力学的复合水系电解液，为推动国家清洁能源战略和双碳目标实现至关重要。

-20℃下锌负极的电化学性能。

据武汉理工大学官网介绍，麦立强教授团队设计了一类初层溶剂化壳层不含有机溶剂分子的复合水系电解液，克服了传统复合水系电解液特别是在低温下具有缓慢去溶剂化动力学的问题。在-20°C下，使用团队研发的新型复合水系电解液，Zn负极沉积剥离具有97.7%的高初始库仑效率（ICE），长达5600小时的长循环寿命，以及高达50%的Zn放电深度（DODZn），并且具有较小的过电位。