【中国科学报】科学家研发出耐低温水系锌基电池电解液

  来源:《中国科学报》

  发布时间:2020-09-02

  本报讯(记者刘万生 通讯员常娜娜)近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋、张华民带领团队,在低温水系锌基电池电解液研究方面取得新进展,研发出一种耐低温、经济、安全、环保的水系锌基电池用混合电解液。研究成果发表于《能源与环境科学》。

  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。由于水系锌基电池的锌负极一侧会产生锌的不均匀沉积,导致锌枝晶的生长与脱落,从而影响锌基电池的循环稳定性。另外,水系电解液离子传导率随着温度降低而急剧下降,使得该体系电池在低温下无法运行,限制了应用。

  新研发的电解液由水、乙二醇和硫酸锌组成,在低温下具有较高的离子传导率。通过实验和理论计算,研究人员阐明了锌离子—乙二醇分子间独特的相互作用,能显著提高乙二醇—水分子间氢键相互作用,从而有效地破坏电解液中水分子间连续的氢键,大大降低混合电解液的凝固点,在低温下实现锌离子的快速传输。同时,锌离子—乙二醇溶剂化作用可提高锌沉积/溶解的可逆性,改善锌负极的沉积形貌。

  进一步研究还发现,采用该混合电解液构筑的锌离子混合超级电容器和锌离子电池在-20℃均展现出高能量密度、高功率密度和长循环寿命的特点。通过调控混合电解液不同配比,可以使其耐受不同程度的低温,实现在不同环境下的使用。该研究工作对低温储能器件电解液的设计具有重要指导意义。

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