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?安大張朝峰AM：水合共晶電解質(zhì)誘導(dǎo)雙界面層用于 100 °C 寬溫高性能水系鋅離子電池

水性鋅離子電池（AZIBs的實(shí)際應(yīng)用受枝晶生長(zhǎng)、界面副反應(yīng)以及惡劣環(huán)境下電池性能嚴(yán)重下降等限制。

在此，安徽大學(xué)張朝峰等人介紹了一種由Zn(ClO₄)₂-6H₂O、乙二醇(EG)和InCl₃溶液組成的新型水合共晶電解質(zhì)(HEE)，可在-50至50 °C的寬溫度范圍內(nèi)有效延長(zhǎng)AZIB的壽命。研究表明，H₂O分子通過(guò)與Zn²⁺配位和與 EG 形成氫鍵的雙重相互作用被限制在液態(tài)共晶網(wǎng)絡(luò)中，從而削弱了自由水的活性，延長(zhǎng)了電化學(xué)窗口。

重要的是，冷凍透射電子顯微鏡和光譜技術(shù)揭示了HEE通過(guò)共晶分子的解離-還原作用原位形成疏鋅/親鋅雙層界面。具體來(lái)說(shuō)，親鋅層降低了鋅成核的能壘，促進(jìn)了鋅的均勻沉積，而疏鋅層則阻止了活性水接觸鋅表面，從而抑制了副反應(yīng)。

圖1. Zn²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)的MD模擬以及Zn負(fù)極與ZG-14/ln-30的可逆性和穩(wěn)定性

總之，該工作采用Zn(ClO₄)₂·6H₂O、EG和InCl₃設(shè)計(jì)了一種新型水合共晶電解質(zhì)ZG-14/ln-30，提高了AZIBs在-50~50℃范圍內(nèi)的穩(wěn)定性和可逆性。研究表明在這種雜化水合共晶體系中，H₂O分子在由Zn(ClO₄)₂和EG組成的共晶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)被強(qiáng)烈結(jié)合，導(dǎo)致自由水的數(shù)量和活性降低，電化學(xué)窗口擴(kuò)大。

此外，水合共晶電解質(zhì)能夠形成由有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化疏鋅層和金屬In親鋅層組成的雙層界面相，有利于Zn²⁺的擴(kuò)散，并引導(dǎo)無(wú)枝晶Zn沿(002)平面沉積。InCl₃的摻入不僅緩解了與共晶電解質(zhì)的低離子電導(dǎo)率，而且通過(guò)利用In金屬，有效地解決了不均勻鋅沉積。因此，水合共晶電解質(zhì)的研究為開(kāi)發(fā)能夠在極端條件下發(fā)揮作用的電解質(zhì)提供了有價(jià)值的策略和見(jiàn)解。

圖2. 寬溫度范圍內(nèi)的電化學(xué)性能及其實(shí)際應(yīng)用

Hydrated Eutectic Electrolyte Induced Bilayer Interphase for High-Performance Aqueous Zn-Ion Batteries with 100 °C Wide-Temperature Range,?Advanced Materials?2023 DOI: 10.1002/adma.202310623

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