【中國科學報】科學家研發出耐低溫水系鋅基電池電解液

  來源:《中國科學報》

  發布時間:2020-09-02

  本報訊(記者劉萬生 通訊員常娜娜)近日,中國科學院大連化學物理研究所研究員李先鋒、張華民帶領團隊,在低溫水系鋅基電池電解液研究方面取得新進展,研發出一種耐低溫、經濟、安全、環保的水系鋅基電池用混合電解液。研究成果發表于《能源與環境科學》。

  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廣闊的應用前景。由于水系鋅基電池的鋅負極一側會產生鋅的不均勻沉積,導致鋅枝晶的生長與脫落,從而影響鋅基電池的循環穩定性。另外,水系電解液離子傳導率隨著溫度降低而急劇下降,使得該體系電池在低溫下無法運行,限制了應用。

  新研發的電解液由水、乙二醇和硫酸鋅組成,在低溫下具有較高的離子傳導率。通過實驗和理論計算,研究人員闡明了鋅離子—乙二醇分子間獨特的相互作用,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的氫鍵,大大降低混合電解液的凝固點,在低溫下實現鋅離子的快速傳輸。同時,鋅離子—乙二醇溶劑化作用可提高鋅沉積/溶解的可逆性,改善鋅負極的沉積形貌。

  進一步研究還發現,采用該混合電解液構筑的鋅離子混合超級電容器和鋅離子電池在-20℃均展現出高能量密度、高功率密度和長循環壽命的特點。通過調控混合電解液不同配比,可以使其耐受不同程度的低溫,實現在不同環境下的使用。該研究工作對低溫儲能器件電解液的設計具有重要指導意義。

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