广工大李成超EnSM：可循环2000+小时，电解液溶剂化结构调节立功！

钒基化合物通常具有高比容量、长循环稳定性和高能量密度等明显优点，因此成为水系锌离子电池（ZIBs）正极的热门选择。然而，钒基正极倾向于溶解在弱酸性的锌离子水溶液中，导致在低电流密度下严重的容量衰减。

在此，广东工业大学李成超教授等人提出了一种通过调节Zn²⁺的溶剂化结构来抑制钒溶解的新型水系电解液，从而显著延长其循环寿命。具体而言，作者通过在2M Zn(OTF)₂中引入一定量溶解度较高的LiOTF来设计该新型电解液（LiOTF的浓度为 0、3、6、8 M，相应的电解液分别命名为2+0、2+3、2+6、2+8）。诸如拉曼、FITR等各种测量表明，LiOTF可以有效减少游离水分子的数量，从而抑制水分子的活性。因此，钒在水中的溶解度显著降低，从而形成稳定的电解液/正极界面。

重要的是，结合分子动力学模拟和非原位NMR分析表明，电解液溶剂化结构的优化可抑制电化学活化的去溶剂化水分子破坏正极界面，并最大限度地减少隧道中积累的共插层水分子数量，有利于抑制晶态向非晶态转变并保持氧化钒主晶格的完整性。

图1. 2+8电解液对钒溶解的抑制作用

因此，2+8电解液中的VO₂正极表现出令人印象深刻的循环稳定性，在400次循环后容量保持率达到了前所未有的98.2%，出色的容量保持能力意味着电池可以提供更长的使用寿命。2+8电解液使VO₂正极在400次循环中的寿命延长至2072.2小时，远远超过2+0电解液（840.9小时）。异位HRTEM和XPS表征揭示了VO₂的可能储能机制，VO₂的结构稳定性是实现高度可逆电化学反应不可或缺的因素。

此外，基于2+8电解液制造的软包电池在0.1 A g^-1的低电流密度下提供了192 mAh g^-1的容量，500次循环后容量保持率为98.7%，证明了2+8电解液的实际应用可行性。总之，本研究提供了一种抑制钒溶解的有效策略，以在低电流密度下实现水系ZIBs中钒基正极的超长寿命。

图2. 2+8电解液在软包电池中的实际可行性

Suppressing Vanadium Dissolution by Modulating Aqueous Electrolyte Structure for Ultralong Lifespan Zinc Ion Batteries at Low Current Density, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.038

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/14/341003d6b6/

广工大李成超EnSM：可循环2000+小时，电解液溶剂化结构调节立功！

相关推荐