李成超/秦延林AFM：调控电解液溶剂化结构实现钒基正极的优异低温性能

水系锌||钒氧化物电池（ZVB）由于其高容量、安全性、环境友好性和成本效益而受到广泛关注。然而，由于在传统水系电解液中的不可逆溶解导致的有限循环稳定性仍然限制了其进一步应用。

在此，广东工业大学李成超教授、秦延林教授等人报道了一种用于水系ZVBs的新型电解液，由3 M Zn(CF₃SO₃)₂ 电解质与碳酸丙烯酯（PC）和H₂O的混合溶剂组成。通过对电解液溶剂化结构的调控，与纯水系电解液相比，钒酸钠水合物（NaV₃O₈·1.5H₂O，缩写为NVO）在P20（PC体积比为20%）电解液中实现了超稳定的循环性能，在0.1 A g^-1的电流密度下100次循环后具有99.5%的高容量保持率，甚至在5 A g^-1下1000次循环后容量保持率仍高达97%。

系统的电化学测试和表征表明，添加PC有效降低了Zn²⁺-溶剂络离子中活性水分子的数量和电解液中H⁺的数量，从而抑制了充放电过程中嵌入的H⁺和共嵌入的H₂O引起的正极溶解。

图1. NVO 在低电流密度下在不同电解液中的结构演化过程

为了进一步评估 Zn|P20|NVO电池的实际应用潜力，作者分别在室温和低温下对软包电池和纽扣电池进行了测试。结果显示，Zn|P20|NVO软包电池在0.2 A g^-1下50次循环后提供了390 mAh g^-1的比容量和100% 的高容量保持率。除了在室温下具有出色的电化学性能外，Zn|P20|NVO电池还在-40 °C下具有183 mAh g^-1的高容量，并在0.1 A g^-1下循环300次后保持100% 的容量，低温性能的改善可归因于P20电解液的高电导率（3.75 mS cm^-2，-40 °C）和低凝固点（-69 °C）。

更重要的是，Zn||V₂O₅·nH₂O（VOHO）电池的性能测试也证明了P20电解液在水系ZVB应用中的普适性，这项工作将为其他水系电池的电解液设计开辟一条有效途径。

图2. Zn|P20|NVO和Zn|P20|VOHO电池的电化学性能

Regulating the Electrolyte Solvation Structure Enables Ultralong Lifespan Vanadium-Based Cathodes with Excellent Low-Temperature Performance, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202111714

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李成超/秦延林AFM：调控电解液溶剂化结构实现钒基正极的优异低温性能

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