鋅負(fù)極具有高理論容量，低電勢(shì)（?0.76 V vs. 標(biāo)準(zhǔn)氫電極），含量豐富，高安全性等優(yōu)點(diǎn)，使得二次鋅離子電池在光伏儲(chǔ)能、戶用儲(chǔ)能、站點(diǎn)能源、柔性電子等領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。 然而，鋅負(fù)極在常規(guī)水系電解液中面臨著嚴(yán)重的枝晶生長(zhǎng)、析氫副反應(yīng)等問(wèn)題。此外，在循環(huán)過(guò)程中，溶解和質(zhì)子嵌入問(wèn)題會(huì)加速過(guò)渡金屬氧化物正極結(jié)構(gòu)惡化。這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電池的可逆性差，短路風(fēng)險(xiǎn)增加，以及快速的容量衰減，最終限制了二次鋅離子電池的實(shí)際應(yīng)用。 近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王博教授、王殿龍教授和蘇州大學(xué)的程濤教授以及復(fù)旦大學(xué)的晁棟梁教授通力合作，為降低活性水的數(shù)量，設(shè)計(jì)出一種DMSO包水型電解液，用于同時(shí)提升鋅負(fù)極和過(guò)渡金屬氧化物正極的穩(wěn)定性。
紅外光譜、原位拉曼、理論計(jì)算模擬聯(lián)合同步輻射技術(shù)表明，DMSO包水型電解液中鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)主要由DMSO和BF4?組成。水分子被DMSO分子包圍，形成“DMSO包水”溶劑環(huán)境，對(duì)活性水分子進(jìn)行了固定和馴化，這不僅能有效地抑制鋅負(fù)極側(cè)的副反應(yīng)、增強(qiáng)鋅負(fù)極的可逆性，還能緩解正極材料的溶解和質(zhì)子插層問(wèn)題。 原位濺射XPS、ToF-SIMS和HRTEM表明溶劑化結(jié)構(gòu)中的接觸離子對(duì)（BF4?-Zn2+）誘導(dǎo)了富含ZnF2的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化固體電解質(zhì)界面（SEI）在鋅負(fù)極表面原位生成。雜化SEI起到了調(diào)節(jié)鋅離子沉積，抑制鋅枝晶生長(zhǎng)的作用。 最終，相比于傳統(tǒng)的水系電解液，DMSO包水型電解液組裝的Zn-VO2全電池性能得到大幅度提升，表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性和可逆性。該工作為電解液的結(jié)構(gòu)與性能間關(guān)系提供了新見(jiàn)解，并為高性能電解液的設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)。 論文信息 Tailoring Water-in-DMSO Electrolyte for Ultra-stable Rechargeable Zinc Batteries Huaizheng Ren, Sai Li, Liang Xu, Lei Wang, Xinxin Liu, Lei Wang, Yue Liu, Prof. Liang Zhang, Han Zhang, Yuxin Gong, Prof. Chade Lv, Dongping Chen, Jianxin Wang, Qiang Lv, Yaqiang Li, Prof. Huakun Liu, Prof. Dianlong Wang, Prof. Tao Cheng, Prof. Bo Wang, Prof. Dongliang Chao, Prof. Shixue Dou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202423302
