港科大AFM: -30℃低温下稳定循环500次的高性能锌离子电池！

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港科大AFM: -30℃低温下稳定循环500次的高性能锌离子电池！
水系锌离子电池（ZIBs）因其固有的安全性、生态友好性和成本效益而成为一种很有前途的储能技术。然而，水系电解液通常会引起寄生界面反应（例如枝晶生长和钝化），从而降低锌金属负极的寿命进而缩短ZIBs的寿命。
港科大AFM: -30℃低温下稳定循环500次的高性能锌离子电池！
在此，香港科技大学Francesco Ciucci教授等人开发了一种含有环丁砜（SL）和 Zn(ClO4)2·6H2O的新型水合深共晶电解质（DEE），以防止水分解引起的性能劣化。该DEE的新颖之处如下：首先，DEE具有SL，这是一种具有低熔点 (28 °C)、中等路易斯碱度（供体数为15）和优异的电化学/热稳定性（沸点为285 °C，闪点为165 °C）的有机塑料晶体。
SL和Zn2+之间的强配位触发了深共晶效应，使DEE具有较低的凝固温度。其次，该DEE包含Zn(ClO4)2·6H2O，这种廉价且易溶的锌盐中的水分子形成独特的DEE水包水结构，这有助于提高离子电导率、降低电解液粘度和促进锌负极上的Zn2+去溶剂化。此外，水分子结合在共晶网络中，导致氧化/还原延迟和DEE的大电化学窗口。
港科大AFM: -30℃低温下稳定循环500次的高性能锌离子电池！
图1. 分子动力学模拟确定 Zn(ClO4)2·6H2O的溶剂化结构
此外，DEE还具有宽广的工作温度范围，范围从-40 °C 到室温 (RT)。简而言之，DEE易于制造、价格低廉、不可燃且稳定。因此，组装的Zn|DEE|Zn对称电池在0.5 mA cm-2下循环超过800小时，在0.2 mA cm-2下循环2000小时而没有短路，表明对锌枝晶的有效抑制。
此外，使用聚苯胺（PANI）正极组装的Zn|DEE|PANI电池可在室温下以72 mAh g-1的容量在3 A g-1下循环2500次，甚至在-30°C时以73 mAh g-1的容量在0.3 A g-1下仍能循环500次。这些发现为开发用于实用ZIB的低成本和稳定电解质提供了新的见解和途径。
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图2. Zn|DEE|PANI电池的电化学性能
Hydrated Deep Eutectic Electrolytes for High-Performance Zn-Ion Batteries Capable of Low-Temperature Operation, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109322

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