我所研发出耐低温水系锌基电池用电解质溶液

  近日,我所储能技术研究部(DNL17)李先锋研究员、张华民研究员领导的研究团队在低温水系锌基电池电解液研究方面取得新进展,研发出全天候水系锌基电池用电解质溶液。

  水系锌基电池具有安全性高、成本低、能量密度高等优点,在便携式电子设备、电动汽车和大规模储能领域具有广阔的应用前景。目前,水系锌基电池面临的主要挑战为:锌负极一侧锌的不均匀沉积导致枝晶生长与脱落,从而影响锌基电池的循环稳定性;此外,水系电解液离子传导率随着温度的降低而急剧下降,使得该体系电池在低温下无法运行,大大限制了水系锌基电池应用范围。

  该研究团队提出了一种耐低温、经济、安全、环保的水系锌基电池用混合电解液。该电解液由水(H2O),乙二醇(EG)和硫酸锌(ZnSO4)组成,在低温下具有高的离子传导率(-40°C时为6.9mS/cm)。研究团队通过实验并结合理论计算,阐明了Zn2+-EG分子间独特的相互作用,能显著提高EG-H2O分子间氢键相互作用,从而有效地破坏电解液中H2O分子间连续的氢键,大大降低混合电解液的凝固点,在低温下实现Zn2+快速传输。同时,Zn2+-EG溶剂化作用可提高锌沉积/溶解可逆性,改善锌负极的沉积形貌。研究还发现,采用该混合电解液构筑的锌离子混合超级电容器(ZHSC)和锌离子电池(ZIB)在-20℃均展现出高能量密度(ZHSC为36Wh/kg,ZIB为109Wh/kg)、高功率密度(ZHSC为3.1kW/kg,ZIB为1.6kW/kg)和长循环寿命(ZHSC为5500个循环,ZIB为250个循环)的特点。此外,调控混合电解液不同配比,可以使其能够耐受不同程度的低温,实现在不同环境下的使用。此项研究工作对低温储能器件电解液的设计具有指导意义。

  该研究成果在线发表于《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science)上。以上工作得到了国家自然科学基金、中科院电化学工程实验室等项目的支持。(文/图 常娜娜)

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