【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化物所能源催化轉(zhuǎn)化全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)力電池與系統(tǒng)研究部(DNL2900組群)陳忠偉院士、竇浩楨副研究員團(tuán)隊(duì)在超低溫水系鋅離子電池方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)提出雙連續(xù)相電解液的概念，系統(tǒng)研究了電解液中水相-有機(jī)相連續(xù)互穿的納米結(jié)構(gòu)，架起了分子尺度溶劑化殼與宏觀電池性能之間的橋梁，由其組裝的電池展現(xiàn)出超長(zhǎng)的循環(huán)壽命和優(yōu)異的低溫性能。
 

 

　　水系鋅離子電池具有高安全、低成本、環(huán)境友好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并且其壽命長(zhǎng)、充電快、能量密度適中，是最具有應(yīng)用前景的新一代儲(chǔ)能技術(shù)之一。然而，水系鋅離子電池還面臨電解液溫域窄、電化學(xué)窗口窄、鋅負(fù)極枝晶生長(zhǎng)、電化學(xué)腐蝕和析氫反應(yīng)等挑戰(zhàn)，從而導(dǎo)致其庫(kù)倫效率低、循環(huán)壽命有限。電解液工程是有望解決上述問題的通用、高效的方法之一。
 

　　本工作中，團(tuán)隊(duì)開發(fā)的雙連續(xù)相電解液具有相互貫穿的水相和有機(jī)相，擁有獨(dú)特的有機(jī)溶劑、豐富的溶劑化殼，以及含有陰離子的溶劑化殼，實(shí)現(xiàn)了快速的Zn2+離子遷移及快速的脫溶劑動(dòng)力學(xué)。該電解液不僅在-60°C的超低溫下展現(xiàn)出超過4700小時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性，室溫下循環(huán)壽命更是達(dá)到了13000小時(shí)。此外，由其組裝的全電池在-60°C下超過1100個(gè)循環(huán)，容量保持率為100%，并且在高載(14 mg cm?²)、貧電解液(E/C= 8.7 mL mA?¹ h?¹)和有限Zn供應(yīng)(N/P= 2.55)下穩(wěn)定運(yùn)行超過2000個(gè)循環(huán)。該工作深入理解了雜化電解液的納米結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)高性能、低溫電池的電解液提供了新的視角。
 

　　近年來，陳忠偉團(tuán)隊(duì)一直致力于功能化電解液的設(shè)計(jì)與開發(fā)，研制出位阻電解液(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)、三元共晶電解液(Adv. Funct. Mater.，2024)探究溶劑化結(jié)構(gòu)的定向重構(gòu)；此外，開發(fā)自修復(fù)界面設(shè)計(jì)策略(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)、納米級(jí)雙層界面設(shè)計(jì)策略(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)、仿生自識(shí)別界面設(shè)計(jì)策略(Adv. Energy Mater.，2024)調(diào)控固態(tài)電解質(zhì)界面組分和結(jié)構(gòu)，獲得長(zhǎng)循環(huán)壽命和高放電深度鋅負(fù)極。
 

　　相關(guān)研究成果以“Bicontinuous-phase electrolyte for highly reversible Zn metal anode working at ultralow temperature”為題，于近日發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science)上。該工作的第一作者是我所DNL2900博士后徐咪。該工作得到中國(guó)科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“能源電催化的動(dòng)態(tài)解析與智能設(shè)計(jì)”、榆林中科潔凈能源創(chuàng)新研究院聯(lián)合基金、國(guó)家資助博士后研究人員計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。(文/圖 徐咪)