−40°C，2300小时！北京理工大学陈人杰/黄永鑫，AFM！

2025年3月12日下午3:48 • 电池顶刊

−40°C，2300小时！北京理工大学陈人杰/黄永鑫，AFM！

水系锌离子电池 (AZIB) 被认为是大规模储能系统的有希望的候选材料。然而，包括Zn枝晶、腐蚀反应和低温性能差在内的关键技术瓶颈严重阻碍了它们的商业化。

在此，北京理工大学陈人杰、黄永鑫等人将γ-戊内酯 (γ-GVL)引入电解质作为共溶剂以提高Zn负极的电化学稳定性并增强其低温循环性能。研究显示，无毒的γ-GVL作为一种强氢键配体，与H₂O配位以重建电解质的氢键网络，拓宽了电化学稳定窗口并增强了水系电解质的防冻性能。

此外，γ-GVL促进了由ZnF₂和ZnS无机成分组成的异质固体电解质界面相 (SEI) 的原位形成。异质界面保持优异的离子电导率以利于Zn²⁺传输，并具有疏水性以利于H₂O排斥，从而协同实现高度稳定且无枝晶的Zn沉积。

基于此，Zn||Zn电池在宽温度范围内表现出更好的循环性能，在25 °C下实现了5060小时的延长循环寿命，在−40 °C 下实现了2300小时的延长循环寿命。Zn||VO₂全电池表现出增强的低温循环性，在−20 °C下300次循环后仍保留97.0%的容量。

图1. 可逆Zn沉积/剥离稳定性表征

总之，该工作利用生物活性绿色γ-GVL溶剂构建共溶剂电解质，以提高AZIBs的低温循环性能。γ-GVL的羰基氧原子具有两对孤对电子，作为质子受体与水分子形成偶极相互作用，有助于电解质氢键网络的重构，拓宽了水系电解质的电化学窗口，降低了电解质的凝固点，提高了AZIBs的低温性能。DFT和MD模拟证实，γ-GVL分子与Zn²⁺离子表现出较强的配位能力，促进了Zn²⁺溶剂化鞘层的调控，抑制了溶剂化H2O分解引起的HER。

研究表明，γ-GVL诱导在Zn负极表面原位形成异质ZnF2 / ZnS无机SEI，促进Zn²⁺的快速传输并实现Zn²⁺的均匀沉积。得益于原位异质界面相与氢键重构的协同作用，采用20% GVL/ZnOTF共溶剂电解液的电池表现出更高的电化学性能。因此，该工作为开发低温水系电解液提供了一种绿色、无污染的创新解决方案。

图2. Zn||VO₂全电池循环性能

Synergy of In Situ Heterogeneous Interphases with Hydrogen Bond Reconstruction Enabling Highly Reversible Zn Anode at −40 °C， Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202413807

【高端测试，找华算】🏅 同步辐射XAS限时直降1000元🎉原价3500/元素起，现仅需2500/元素起！

全球机时，三代光源，随寄随测！最快一周出结果，保证数据质量！

👉 点击阅读原文，立即下单！

声明：如需转载请注明出处（华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯），并附有原文链接，谢谢！

−40°C，2300小时！北京理工大学陈人杰/黄永鑫，AFM！

相关推荐