“我科学家首次开发出一种改善锌电池稳定性的水合熔盐锌基电解质”

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科技日报记者王健高通讯员刘佳

7月9日，记者从中科院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所崔光磊研究员、赵井文副研究员和南洋理工大学教授张其春合作，首次研制出改善锌电池稳定性的水合熔盐锌基电解质，较有效地处理了锌负极和有机正极在水系电解质中副反应和不可逆溶解的问题。 相关成果发表在《焦耳》期刊( joule )上，论文的第一作者是青岛科技大学杨武海和中科院青岛能源所杜晓璟。

鉴于几十年来的研究基础和商业化经验，水系锌电池仍是“后锂离子”电池系统的领导者，应用价值极大，近年来又受到新的关注。 有报道称，多种正极材料与锌负极组合以实现性能的突破。 与传统的无机正极材料不同，有机材料本体分子间的弱相互作用适于多价离子的积累，而且高可调的有机结构赋予了新的离子反应机制。 但目前水系锌电解质仍然不足: (1)水合[zn(oh2 )6]2+离子活性高，引起严重的副反应和不均匀的锌沉积(2)有机电极放电产物极性高，容易自由溶解于水中，容量衰减。

最近，中科院青岛能源所崔光磊、赵井文和张其春合作，使用水合锌盐和中性配位剂这一简单廉价的配方，提出了由丁腈( sn )和六水合高氯酸锌( zn(clo4) 2·6h2o )组成的水合熔融盐锌系电解质 电化学试验表明，该水合熔盐锌基电解质比较有效地抑制了金属锌负极的枝晶和副反应，实现了锌负极的长期循环稳定性。 光谱表征和理论计算表明，丁腈破坏[zn(oh2 )6]2+溶剂化结构，与锌离子的溶剂化有关。 另外，被丁腈置换的水分子受制于锌离子的溶剂化层和电解质独特的共融结构互联网，以结合水一样“束缚”的状态存在。 如果使用含硫的醌类聚合物(聚( 2，3 -二硫化物- 1，4 -对苯醌) ( pdb )作为锌离子电池的正极，该水合熔融盐可以比较有效地降低有机正极的溶解。 在0.3c的条件下，电池为3600个循环，容量维持率为85.4%。 另外，即使在温度连续下降到-10oc和-20 oc情况下，电池也显示出优异的循环稳定性，可以输出70mahg'1和40mahg'1左右的容量，表明该水合熔融盐电解质有望应用于低温环境。 该研究为新型水系电解质的开发和锌有机电池的快速发展提供了建设性的思路。