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水系锌金属电池（AZMBs）因锌金属负极的高理论容量（820 mAh g
-1
）和低氧化还原电位（-0.76 V vs. 标准氢电极）以及水系电解液固有安全性、低成本、高离子导电性和环境友好性而受到关注。然而，锌金属负极的枝晶问题和水系电解液的窄温度范围限制了AZMBs 的大规模应用，尤其是在低温条件下。
在此，
武汉理工大学麦立强、周亮、孟甲申等人
提出了一种新型的混合水系电解液。该电解液具有无有机溶剂的初级溶剂化壳层且可应用于高性能低温锌电池。研究显示，作者通过开发一类不含有机溶剂的混合水系电解液克服了传统混合水系电解液在低温下由于有机溶剂与Zn
2+
强结合而导致的缓慢去溶剂化动力学问题。
具体来说，其利用 1 M 锌醋酸盐和二甲基亚砜（DMSO）极性非质子溶剂，形成了Zn
2+(
CH
3
COO
-
)
2
(H
2
O)
4
簇，其中 CH
3
COO
-
和 H
2
O 围绕Zn
2+
，而 DMSO 不参与Zn
2+
的初级溶剂化壳层。
基于此，该种设计促进了快速的电荷转移动力学和通过由去溶剂化的 CH
3
COO
-
和吸附的 DMSO 衍生的梯度固体电解质界面的快速Zn
2
+流动。在 -20℃ 的低温条件下，实现了无枝晶的 Zn 沉积/剥离、高 Zn 利用率、低电化学极化、长循环寿命和高倍率性能。
图1. 溶剂化结构
总之，该工作开发了一种新型的混合水系电解液，该电解液具有无有机溶剂的初级溶剂化壳层。其中，醋酸根离子和水分子而不是二甲基亚砜参与了Zn
2+
的初级溶剂化壳层，形成了Zn
2+(
CH
3
COO
-
)
2
(H
2
O)
4
簇。研究显示，该种弱溶剂化结构促进了容易的去溶剂化过程，这有助于在低温下通过由去溶剂化的醋酸根离子和吸附的二甲基亚砜分解形成的梯度固体电解质界面快速进行电荷转移动力学和Zn
2+
流动。
结果显示，采用这种混合水系电解液的锌金属电池展示了高度可逆和无枝晶的锌沉积/剥离、高锌利用率、低电化学极化、长循环寿命和高倍率性能。因此，该工作为低温水系电池的先进电解液设计提供了重要的技术进步，并将有助于大规模储能。
图2. PANI||Zn电池的电化学性能
Organic-solvent-free primary solvation shell for low-temperature aqueous zinc batteries,
Chem
204 DOI: 10.1016/j.chempr.2024.09.001
