据武汉理工大学消息，该校材料科学与工程学院麦立强教授团队在水系锌离子电池研究方面取得新进展。团队开发了一类初层溶剂化壳层不含有机溶剂分子的复合水系电解液，克服了传统复合水系电解液在低温下脱溶剂化动力学缓慢的问题。相关研究成果日前在国际学术期刊《Cell》的子刊《Chem》上发表。
麦立强教授团队设计了一类初层溶剂化壳层不含有机溶剂分子的复合水系电解液，克服了传统复合水系电解液特别是在低温下具有缓慢去溶剂化动力学的问题。 该电解液（ZAD4）由1 M醋酸锌（Zn(Ac)2，高晶格能）溶液和40 vol% 的偶极非质子溶剂二甲基亚砜（DMSO）组成，其中Zn2+离子与CH3COO?和H2O配位，形成Zn2+(CH3COO-)2(H2O)4团簇。由于溶剂化壳层中CH3COO-和H2O之间的强氢键，DMSO不参与Zn2+的初层溶剂化壳层，这也得益于DMSO对CH3COO?的非溶剂化效应以及DMSO和H2O之间的氢键。这种弱溶剂化结构促使了快速的电荷转移动力学，并促进Zn2+快速通过由脱溶剂化CH3COO?和吸附DMSO分解产生的梯度固体电解质界面（SEI）。在-20°C下，使用团队研发的新型复合水系电解液，Zn负极沉积剥离具有97.7%的高初始库仑效率（ICE），长达5600小时的长循环寿命，以及高达50%的Zn放电深度（DODZn），并且具有较小的过电位。此外，具有CH3COO?和Zn2+混合嵌入/脱出充放机理的聚苯胺（PANI）||Zn全电池，表现出0.05 V的低电压极化，25%的Zn放电深度，在0.1 A g-1时展现出约160 mAh g-1的高容量，以及8800圈长循环稳定性和高倍率性能。本设计策略可通用性的扩展开发一系列类似的溶剂化壳层电解液。
[1]. Geng, L., et al., Organic-solvent-free primary solvation shell for low-temperature aqueous zinc batteries. Chem, 2024.https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.09.001