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人們對交通電氣化和電網儲能需求的日益增長，推動著全球范圍內電池的發展。然而，鋰離子電池的供應鏈面臨著資源稀缺的巨大挑戰。因此，開發更可持續的電池儲能系統的趨勢正在不斷增長。水系鋅電池是當下最有希望代替鋰離子電池的儲能系統之一，但其電解液設計卻是一大難題。

在此，美國馬里蘭大學王春生教授與美國陸軍實驗室Oleg Borodin等人設計了一種將LiCl作為支撐鹽的ZnCl₂高熵電解液（HEE）。

其中，Li-Cl解離、[ZnC_4?m^2?m]n聚集體長度的減少以及自由溶劑氫鍵網絡的破壞之間的競爭產生了一種獨特的受抑溶劑化結構，使得該電解液具有高熵和優異的離子電導率，從而極大地穩定了溶劑并抑制了結晶。

因此，該電解液可同時實現寬電化學窗口和出色的工作溫度范圍(-80 °C至+80 °C，僅在該電解質中發現)。

圖1. 鋅金屬負極在不同溫度下的電化學性能

結果表明，一旦電解液優化到Li₂ZnCl₄·9H₂O，組裝后的鋅空氣電池可以在-60 ℃和+80 ℃溫度范圍內，以0.4 mA cm^-2的電流密度穩定循環超過800小時，且能夠實現100%的超穩定鋅沉積/剝離。即使在-60 ℃下，也可以保持高于80%的室溫功率密度。

同時，先進的表征和理論計算揭示了其高熵的溶劑化結構，這也是導致其具有優異性能的根本原因。因此，本文提出了一種合理的電解液設計策略，為下一代鋅電池奠定了基礎。

圖2. HEE在鋅空氣電池中的應用

All-temperature zinc batteries with high-entropy aqueous electrolyte，Nature Sustainability 2023 DOI: 10.1038/s41893-022-01028-x

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