科学家开发出超低温无负极锌离子电池

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员吴忠帅团队和韩国延世大学Sang-Young Lee教授、高丽大学Sang Kyu Kwak教授等合作，在超低温锌离子电池研究中取得新进展。合作团队在水系电解质中引入软酸/硬碱两性离子，增强了电解质-电极界面的抗冻性质，以此构建出无负极、超低温锌离子全电池。相关成果发表在《能源与环境科学》。

锌离子电池作为一种高安全、低成本新型电化学储能器件，受到了广泛关注。然而，低温下水活度降低、电解液粘度增加、界面反应动力学及传质动力学缓慢等问题，导致了界面处严重的浓差极化。同时，阴阳离子之间的静电作用力的增大，导致水系电解液低温下容易固化，进而阻碍了低温下的离子迁移以及电解液低温下的热力学稳定性。因此，如何发展低温下高离子电导的水系电解液，以此构建低温环境下的高性能锌离子电池，仍面临很大挑战。

本工作中，合作团队提出了一种通过两性离子重组水系电解质溶剂化结构的新策略，增强了电解质-电极界面的抗冻性质和 Zn²⁺脱溶剂化动力学。研究发现，该电解质增强了低温下抗冻性质，固液转变温度降至 -95℃。利用此电解质，Zn||Cu非对称电池实现了稳定的锌沉积/溶解，在25 ℃和-40 ℃下，实现了99.93%和99.8%的高库伦效率。进一步，团队构建的无阳极锌离子电池即使在-40 ℃下，仍能提供高能量密度142Wh/kg和高功率密度230W/kg。

该工作为构建超低温、无负极锌离子全电池提供了新思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1039/d3ee02535g