耐低温水系锌基电池用电解质溶液研发成功

耐低温水系锌基电池用电解质溶液

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋、张华民带领团队，在低温水系锌基电池电解液研究方面取得新进展，研发出一种耐低温、经济、安全、环保的水系锌基电池用混合电解液。研究成果发表于《能源与环境科学》。

水系锌基电池具有安全性高、成本低、能量密度高等优点，在便携式电子设备、电动汽车和大规模储能领域具有广阔的应用前景。

但是，水系锌基电池的锌负极一侧会产生锌的不均匀沉积，导致锌枝晶的生长与脱落，从而影响锌基电池的循环稳定性；另外水系电解液离子传导率随着温度的降低而急剧下降，使得该体系电池在低温下无法运行，大大限制了水系锌基电池应用范围。

李先锋介绍，“新研发的电解液由水、乙二醇和硫酸锌组成，在低温下具有较高的离子传导率，-40℃时可达到6.9 mS/cm”。通过实验和理论计算，研究人员阐明了锌离子—乙二醇分子间独特的相互作用能显著提高乙二醇—水分子间氢键相互作用，从而有效地破坏电解液中水分子间连续的氢键，大大降低混合电解液的凝固点，在低温下实现锌离子的快速传输。同时，锌离子—乙二醇溶剂化作用可提高锌沉积/溶解的可逆性，改善锌负极的沉积形貌。

进一步研究还发现，采用该混合电解液构筑的锌离子混合超级电容器和锌离子电池在-20℃均展现出高能量密度、高功率密度和长循环寿命的特点。通过调控混合电解液不同配比，可以使其能够耐受不同程度的低温，实现在不同环境下的使用。

该研究工作对低温储能器件电解液的设计具有重要指导意义。