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盧怡君團(tuán)隊(duì)Nat. Sustain.：可持續(xù)水系電池電解質(zhì)的親水增溶作用！

來源：時(shí)間：2023-09-11 14:44:54 瀏覽：2845次

第一作者：董德健

通訊作者：盧怡君教授&范俊教授

通訊單位：香港中文大學(xué)

DOI: 10.1038/s41893-023-01172-y

研究背景

非水系鋰離子電池（LIBs）具有高能量密度，但在LIBs中使用易燃/有毒有機(jī)電解質(zhì)是對(duì)可持續(xù)性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。水系鋅（Zn）金屬電池（ZMBs）是一種有效的替代品，但由于不受控制的Zn枝晶和嚴(yán)重的副反應(yīng)，特別是析氫反應(yīng)（HER），導(dǎo)致Zn負(fù)極循環(huán)效率差，限制了可再充電鋅電池的實(shí)際應(yīng)用?；诖耍?/span>香港中文大學(xué)盧怡君教授和范俊教授等人報(bào)道了一種使用醋酸鋅的高濃度水系電解液配方，醋酸鋅（Zn(Ac)₂）是一種水溶性差但便宜且環(huán)保的鹽。結(jié)果顯示，親水劑能夠?qū)⒁宜猁}陰離子配體轉(zhuǎn)化為親水配位結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了前所未有溶解度（高達(dá)23 m）。三種水溶助長劑（乙酸鉀、尿素和乙酰胺）均可有效構(gòu)建高濃度的乙酸鋅電解質(zhì)。該工作為設(shè)計(jì)適用于廣泛電池領(lǐng)域的高性能電解質(zhì)提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。

研究要點(diǎn)

1、由親水增溶劑實(shí)現(xiàn)的高濃度醋酸鋅電解質(zhì)可抑制HER，并提高Zn負(fù)極可逆性，而不會(huì)犧牲Zn離子的濃度。乙酸鉀、尿素、乙酰胺三種親水劑都能夠增加Zn(Ac)₂的溶解度到10 m、10 m 和 8 m。

2、高濃縮Zn(Ac)₂電解質(zhì)的形成，使組裝的Zn//芘-4, 5, 9, 10-四酮（PTO）全電池在10 C下進(jìn)行4000次循環(huán)后保持70%的初始容量。

圖文展示

圖1. Zn²⁺的溶劑化-鞘層結(jié)構(gòu)

圖2.富Zn高濃度電解質(zhì)的優(yōu)勢(shì)

圖3. H₂O結(jié)構(gòu)和被抑制的HER

圖4. 高Zn²⁺/Zn可逆性和均勻的Zn金屬沉積

圖5. Zn對(duì)稱電池和Zn/PTO全電池

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