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【能源】Angew：具有高度无序溶剂化结构的高熵电解液用于超稳定锌金属负极

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2024-12-23 08:09

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随着智能终端、可穿戴设备和新能源产业的快速发展，对储能设备的安全性和环保性要求显著提高，水系锌离子电池因其低成本、高比容量、环境友好性和固有安全性，为可持续、大规模储能技术的应用提供了有前景的解决方案。然而，锌负极表面的枝晶生长、腐蚀和氢气析出反应严重影响了水系锌离子电池的电化学性能（如低库仑效率和短寿命）以及安全性（如电池膨胀和短路），从而阻碍了其商业化进程。

近日， 南洋理工大学魏磊、王帅 与 香港理工大学徐宾刚 团队提出了一种 低浓度高熵电解液策略，以实现具有高可逆性和超耐久性的锌金属负极。 该高熵电解液具有多种阴离子参与配位和高度无序的溶剂化壳层，能够破坏水分子间的氢键网络，并抑制界面副反应。此外，这种多样化的弱溶剂化结构能够降低 Zn ²⁺ 的溶剂化能，增强锌离子的扩散动力学，从而促进锌的均匀沉积和提高电极界面的稳定性。

图1. 高熵电解液设计示意图

分子动力学模拟和图谱学结果表明，在这一弱溶剂化电解液中，由于多个阴离子参与配位，水合Z n ²⁺ 周围的活化水分子数量减少，从而抑制了锌负极上的不良副反应。表征结果也进一步证明，在这种高熵电解液中，锌负极在电镀/剥离过程中保持光滑、无枝晶的表面，显著优于常规电解液体系。

图2. 不同电解液中的锌沉积/剥离行为

最终，使用高熵电解液的Zn||PANI全电池，在0.5 A g⁻¹的电流密度下经过2000个循环仍能保持110.7 mAh g⁻¹的高比容量。即使在-20 °C的低温下，基于高熵电解液的全电池依然展现出超过600个循环的长期循环稳定性和93.5%的高容量保持率。这种低浓度的高熵电解液表现出了多重显著优势，为设计和优化其他水系金属基电池电解液提供了新的可能性。

图3. Zn||PANI全电池和Zn||MnO₂软包电池的电化学性能

以上成果近期发表在 Angewandte Chemie International Edition 上。论文的第一作者为厦门大学的博士研究生 王浩然 和香港理工大学的博士后 邓深圳 。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

High-Entropy Electrolytes with High Disordered Solvation Structures for Ultra-Stable Zinc Metal Anodes

Haoran Wang, Shenzhen Deng, Shuai Wang, Wulong Li, Shixing Yuan, Jing Han, Hongyan Fu, Bingang Xu, and Lei Wei

Angew. Chem. Int. Ed. , 2024 , DOI: 10.1002/anie.202422395

导师介绍

魏磊

https://www.x-mol.com/university/faculty/60211

【能源】Angew：具有高度无序溶剂化结构的高熵电解液用于超稳定锌金属负极

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