【儀表網 研發快訊】近日，大連化物所能源催化轉化全國重點實驗室動力電池與系統研究部(DNL2900組群)陳忠偉院士、竇浩楨副研究員團隊在超低溫水系鋅離子電池方面取得新進展。團隊提出雙連續相電解液的概念，系統研究了電解液中水相-有機相連續互穿的納米結構，架起了分子尺度溶劑化殼與宏觀電池性能之間的橋梁，由其組裝的電池展現出超長的循環壽命和優異的低溫性能。
水系鋅離子電池具有高安全、低成本、環境友好的技術優勢，并且其壽命長、充電快、能量密度適中，是最具有應用前景的新一代儲能技術之一。然而，水系鋅離子電池還面臨電解液溫域窄、電化學窗口窄、鋅負極枝晶生長、電化學腐蝕和析氫反應等挑戰，從而導致其庫倫效率低、循環壽命有限。電解液工程是有望解決上述問題的通用、高效的方法之一。
本工作中，團隊開發的雙連續相電解液具有相互貫穿的水相和有機相，擁有獨特的有機溶劑、豐富的溶劑化殼，以及含有陰離子的溶劑化殼，實現了快速的Zn2+離子遷移及快速的脫溶劑動力學。該電解液不僅在-60°C的超低溫下展現出超過4700小時的循環穩定性，室溫下循環壽命更是達到了13000小時。此外，由其組裝的全電池在-60°C下超過1100個循環，容量保持率為100%，并且在高載(14 mg cm?²)、貧電解液(E/C= 8.7 mL mA?¹ h?¹)和有限Zn供應(N/P= 2.55)下穩定運行超過2000個循環。該工作深入理解了雜化電解液的納米結構，為設計高性能、低溫電池的電解液提供了新的視角。
近年來，陳忠偉團隊一直致力于功能化電解液的設計與開發，研制出位阻電解液(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)、三元共晶電解液(Adv. Funct. Mater.，2024)探究溶劑化結構的定向重構；此外，開發自修復界面設計策略(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)、納米級雙層界面設計策略(Angew. Chem. Int. Ed.，2024)、仿生自識別界面設計策略(Adv. Energy Mater.，2024)調控固態電解質界面組分和結構，獲得長循環壽命和高放電深度鋅負極。
相關研究成果以“Bicontinuous-phase electrolyte for highly reversible Zn metal anode working at ultralow temperature”為題，于近日發表在《能源與環境科學》(Energy & Environmental Science)上。該工作的第一作者是我所DNL2900博士后徐咪。該工作得到中國科學院B類先導專項“能源電催化的動態解析與智能設計”、榆林中科潔凈能源創新研究院聯合基金、國家資助博士后研究人員計劃等項目的資助。(文/圖 徐咪)
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