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卢怡君团队Nat. Sustain.：可持续水系电池电解质的亲水增溶作用！

来源：时间：2023-09-11 14:44:54 浏览：1819次

第一作者：董德健

通讯作者：卢怡君教授&范俊教授

通讯单位：香港中文大学

DOI: 10.1038/s41893-023-01172-y

01

研究背景

非水系锂离子电池（LIBs）具有高能量密度，但在LIBs中使用易燃/有毒有机电解质是对可持续性的关键挑战。水系锌（Zn）金属电池（ZMBs）是一种有效的替代品，但由于不受控制的Zn枝晶和严重的副反应，特别是析氢反应（HER），导致Zn负极循环效率差，限制了可再充电锌电池的实际应用。基于此，香港中文大学卢怡君教授和范俊教授等人报道了一种使用醋酸锌的高浓度水系电解液配方，醋酸锌（Zn(Ac)₂）是一种水溶性差但便宜且环保的盐。结果显示，亲水剂能够将乙酸盐阴离子配体转化为亲水配位结构，从而实现了前所未有溶解度（高达23 m）。三种水溶助长剂（乙酸钾、尿素和乙酰胺）均可有效构建高浓度的乙酸锌电解质。该工作为设计适用于广泛电池领域的高性能电解质提供了独特的机会。

02

研究要点

1、由亲水增溶剂实现的高浓度醋酸锌电解质可抑制HER，并提高Zn负极可逆性，而不会牺牲Zn离子的浓度。乙酸钾、尿素、乙酰胺三种亲水剂都能够增加Zn(Ac)₂的溶解度到10 m、10 m 和 8 m。

2、高浓缩Zn(Ac)₂电解质的形成，使组装的Zn//芘-4, 5, 9, 10-四酮（PTO）全电池在10 C下进行4000次循环后保持70%的初始容量。

03

图文展示

图1. Zn²⁺的溶剂化-鞘层结构

图2.富Zn高浓度电解质的优势

图3. H₂O结构和被抑制的HER

图4. 高Zn²⁺/Zn可逆性和均匀的Zn金属沉积

图5. Zn对称电池和Zn/PTO全电池

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